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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:康星源
研究生(外文):Sin-Guan Kong
論文名稱:利用PZT微控量測雷射光鉗對微米球體的作用力
論文名稱(外文):Using Optical Tweezers And PZT to Measure The Trapping Force of Microspheres
指導教授:蔡錦俊
指導教授(外文):Chin-Chun Tsai
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:物理學系碩博士班
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:91
中文關鍵詞:PZT雷射光鉗
外文關鍵詞:PZTOptical Tweezers
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  在論文中,我們使用二組PZT分水平及垂直二個方向連接承載粒子的樣本,並使用LabVIEW程式語言來控制樣本中粒子的二維運動情形,讓樣本粒子可繞著一圓運動,而透過程式我們可換算粒子運動的速率。首先,我們使用雷射光鉗捕捉住粒子,再由電腦慢慢增加粒子運動的速率。當粒子的運動速率增加到一定的極限時,此時雷射光鉗再也無法捕捉住粒子,此時的速率即為所測量的“脫離速率”。使用Stoke’s定理 ,若知道其中的一些參數,如r為粒子的半徑,v為粒子的脫離速度, 為液體的黏滯系數,如此我們可測得粒子在流體中所受到的阻滯力F。又此阻滯力亦為粒子在水平方向所受到的trapping force。
  我們量測的結果為850nm,50mW的入射雷射光對3μm的球粒之捕捉力約為50fN,比原來實驗室量測的結果約小20倍,原因可能量樣本粒子並不完全在水溶液中造成的。
In the thesis, we use two pairs of piezoelectric transducer to connect the horizontal and vertical movement of the sample. We use Lab VIEW program to control the motion of the particles in a circle. Using this program, we can measure the velocity of the particles. At first, the particle was trapped, then we increase the velocity of the particle gradually, until the optical tweezers can’t be trapped particle leaves the trap. This velocity is called “escape velocity”. By Stoke’s law, , where r is the radius of the particle, v is the escape velocity, is the sticky coefficient, we can calculate the dragging force of the particle, which is equivalent to the horizontal trapping force of the particle.

Using 852nm, 50mW diode laser beam, the trapping force on a 3μm Polystyrene Beads is about 50fN, which is 20 time smaller than our previous results. The possible reason is the particles truly in a water surrounding.
中文摘要…………………………………………………………………I
英文摘要…………………………………………………………………II
誌  謝…………………………………………………………………III
目  錄…………………………………………………………………IV
圖 目錄…………………………………………………………………VI
表 目錄…………………………………………………………………IX

第一章 前言
1.1 光鉗的起源……………………………………………………1
1.2 光鉗的應用……………………………………………………4

第二章 雷射光鉗的原理
2.1 緒論……………………………………………………………6
2.2 幾何光學模型…………………………………………………7
2.3 電磁波模型……………………………………………………15

第三章 雷射光鉗之基本架設及比較
3.1 雷射光鉗之基本架設…………………………………………18
3.2 雷射光鉗種類及其差異性……………………………………25

第四章 實驗裝置及元件介紹
4.1 實驗架設裝置說明……………………………………………30
4.2 實驗元件介紹…………………………………………………31
4.3 雷射能量在元件上的耗損量測………………………………54

第五章 實驗目的及程序
5.1 實驗目的………………………………………………………56
5.2 實驗方法………………………………………………………56
5.3 實驗步驟………………………………………………………61

第六章 實驗結果及分析
6.1 粒子繞圓運動半徑之量測……………………………………64
6.2 週期與速率之量測……………………………………………66
6.3 阻滯力之分析…………………………………………………67

第七章 結論……………………………………………………………72
附錄一 參考資料………………………………………………………74
附錄二 LabVIEW程式……………………………………………………76
附錄三 樣本製備(Preparation)………………………………………86
附錄四 Piezoelectric…………………………………………………89
1. 曾勝陽、張博睿、謝錚嗚、余怡德、徐琅,“顯微鏡中的第三雙
手”,物理雙月刊,22卷,494-499 (2000)。
2. 黃鈞正、吳崇安、邱爾德,“光學嵌住之技術簡介”,物理雙月刊,22卷,477-484 (2000)。
3. W. H. Wright, G. J. Sonek, and M. W. Berns,“Parametric study of the forces on microspheres held by optical tweezers”, Appl. Opt. 33, 1735-1748 (1994).
4. 陳永昇,“光鉗的製作與其特性的了解”,國立成功大學物理研究所碩士論文,2001。
5. 吳崇安、黃鈞正、邱爾德,“光學嵌住之理論探討”,物理隻月刊,22卷,485-493 (2000)。
6. S. P. Smith, S. R. Bhalotra, A. L. Brody, B. L. Brown, E. K. Boyda, and M. Prentiss, “Inexpensive optical tweezers for undergraduate laboratories”, Am. J. Phys. 67, 26-35(1999).
7. E. Hecht, “Optics”, ed., Addison-Wesley Pub, Comp. Inc., 2002, pages 111-115.
8. W. H. Wright, G. J. Sonek, and M. W. Berns, “Parametric study of the forces on microspheres held by optical tweezers”, Appl. Opt. 33, 1735-1748 (1994).
9. K. Visscher, G. Brakenhoff, “Theoretical study of optically induced forces on spherical particles in a single beam trap I : Rayoeigh scatters,” Optik 89, 174 (1992).
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11. K. Ren, G. Grehean, G. Gouesbet, “Prediction of reverse radiation pressure by generalized Lorenz-Mie theory”, Appl. Oppl. Opt. 35, 2702 (1996).
12. S. Sato, H. Inaba, “Optical trapping and manipulation of microscopic particles and biological cells by laser beams”, Opt. Quant. Electron., 28, 1 (1996).
13. 葉思武,“新陶瓷學”,旗文書局,1986。
14. Newport, “Optics and mechanics catalog”,1999/2000 Page:7-7.
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