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研究生:陳信勳
研究生(外文):Shin-Shiun Chen
論文名稱:光纖雙光束光鉗之軸向力分析與微粒在其作用力下之運動
論文名稱(外文):Analysis of Axial Forces and Dynamics of Micro-Particles in Fiber-Optical Dual Beam Traps
指導教授:邱爾德
指導教授(外文):Arthur Er-Terg Chiou
學位類別:碩士
校院名稱:國立東華大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
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:光纖雙光束光鉗平頭單模光纖電磁波模型幾何光學模型軸向散射力橫向梯度力
外文關鍵詞:transverse gradient forcesaxial scattering forcesRO ModelEM Modelfiber-optic dual beam trapsflat-tip single mode fiber
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光學嵌住之理論模型,目前較常被引用的有兩種,一種為電磁波模型,另一種為幾何光學模型。在電磁波模型中,提供了兩個計算光學鉗住力的公式,一個為計算橫向梯度力Fgrad,另一個為計算軸向散射力Fscat,而在幾何光學模型中,到目前為止還沒有類似的公式被提出,我們假設有類似相對應的關係式存在,並針對其中一項︰軸向散射力Fscat中之Kr值來研究。
本論文中之實驗,主要是以兩對照之平頭單模光纖來實現雙光束光鉗,並利用光纖雙光束光鉗之實驗架設,來分析微粒在單束發散之高斯光束作用下的運動情形,由實驗之分析結果我們對Kr之特性有了初步的了解。
第一章主要是介紹光學鉗住實驗中所需之相關理論,如光壓之概念、基本高斯光束與史托克斯定律等之理論,第二章則是介紹光鉗之基本原理,包含光纖雙光束光鉗之簡介,這兩章是光學鉗住實驗之基石,第三章主要是介紹光纖雙光束光鉗之實驗架設與分析方法,第四章則提出實驗分析之結果,第五章是論文之總結與未來繼續研究之方向及目標。
There are two theoretical models which are quoted more often in optical trapping. One is Electromagnetics Model(EM Model) and the other is Ray-Optics Model(RO Model). In EM Model , we have two formulas for calculating optical trapping forces. One is for transverse gradient forces(Fgrad) and the other is for axial scattering forces(Fscat). However, we have not had the similar formulas in RO Model. Thus, we suppose that some corresponding formulas exist and aim at investigating the Kr value of the formula for axial scattering forces.
We use two opposite flat-tip single mode fibers to demonstrate fiber-optic dual beam traps in our experiments. We also use the experimental set up to analyze the motion of micro-particles in single extendable Gaussian beam. According to the results of our experimental analysis, we realize the identity of Kr value slightly.

Keywords:EM Model , RO Model , transverse gradient forces , axial scattering forces , flat-tip single mode fiber , fiber-optic dual beam traps
誌謝
摘要……………………………………………Ⅰ
Abstract………………………………………Ⅱ
目錄……………………………………………Ⅲ
圖目錄…………………………………………Ⅴ
表目錄…………………………………………Ⅸ
第一章 緒論…………………………………01
1-1 光學鉗住之發展………………………02
1-2 研究動機與方向………………………07
1-3 光壓……………………………………10
1-4 基本高斯光束…………………………12
1-5 史托克斯定律…………………………15

第二章 光學鉗住技術之簡介………………19
2-1 幾何光學模型…………………………20
2-2 幾何光學模型推導……………………26
2-3 電磁波模型……………………………31
2-4 光纖雙光束光鉗之簡介………………33
第三章 實驗架設與分析方法………………40
3-1 光纖雙光束光鉗之實驗架設…………40
3-2 分析方法之簡介………………………47

第四章 實驗結果與分析……………………54
4-1 光纖雙光束光鉗之展示………………55
4-2 不同大小之微粒在水溶液中…………59
4-2-1 微粒直徑為5.1μm時………………60
4-2-2 微粒直徑為10.1μm時………………67
4-2-3 微粒直徑為15μm時…………………70
4-2-4 結論 …………………………………74
4-3 液體黏滯係數不同時…………………76
4-3-1 黏滯係數為 2.095 cp時 …………77
4-3-2 黏滯係數為 6.050 cp時 …………80
4-3-3 結論 …………………………………84
4-4 實驗誤差………………………………87

第五章 結論與展望…………………………89

參考文獻………………………………………90
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