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研究生:陳奕維
研究生(外文):Yi-WeiChen
論文名稱:光渦流光鉗微粒之研究
論文名稱(外文):Trapping of micro-sized particles by vortex laser beams
指導教授:傅永貴
指導教授(外文):Ying-Guey Fuh
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:物理學系
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:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:103
中文關鍵詞:液晶渦流光束光鉗q波板
外文關鍵詞:liquid crystalvortex beamoptical tweezersq-plate
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光鉗技術為生醫光電及材料科學開啟嶄新的大門,一般渦流光束光鉗(Optical vortex tweezer)是由空間光調制器(Spatial light modulation, SLM)產生,但空間光產生器有單價高,無法承受高強度雷射的缺點,且SLM利用全像術繞射產生渦流光束效率偏低(只有約60%)。
本研究利用摻雜染料液晶(dye-doped liquid crystal, DDLC)經光配向(Photoalignment)產生q-plate高效率調制雷射光元件(效率可達80%),利用此元件產生渦流光束,並研究渦流光束抓取微米等級微粒,並比較不同q值的渦流光束對抓取微粒有何影響。
研究共分為三大部分,首先利用光配向技術對摻雜染料液晶(DDLC)進行配向產生q-plate液晶樣品,利用干涉儀找到相位奇點來證明q-plate確實能將高斯光束(Gaussian beam)轉換成渦流光束 (Vortex beam),並探討不同q值產生的vortex在平面波以及球面波下的干涉條紋有何不同。第二部分為架設光鉗系統,研究光強度對微粒抓取有何影響,本研究為了觀察微粒的抓取行為,採用不可見光波段1064 nm 雷射作為製造渦流光束光鉗光源。第三部分結合q-plate及光鉗系統,觀察不同q值的渦流光束對微粒抓取的受力以及穩定度有何影響,研究中採用與細胞相同尺度微米等級的微粒,分別為Whitehouse 3 μm SiO_2 微粒,以及Sigma 5 μm聚苯乙烯微粒(Polystyrene ball),比較不同大小以及不同折射率對抓取微粒的受力及穩定度有何影響。
The thesis is divided into three parts. Firstly, a q-plate is produced based on dye-doped liquid crystal (DDLC) cell using the photoalignment technique. Then the q-plate is used to produce a vortex beam verified using a Michelson’s interferometer. In the second part, we construct an optical tweezers system. Finally, the trapping of the micron-sized particles with different refractive index is investigated using the vortex-beam optical tweezers system. The results show that the manipulation of particles of the vortex-beam optical tweezers is significantly affected by the q-value of a q-plate. The smaller the q-value is, the longer distance of the particle can be moved and trapped by the tweezers. Also, regardless of the refractive index, the particle is trapped in a similar location by the vortex beam.
摘要 II
Extended Abstract IV
誌謝 IX
目錄 X
表目錄 XIV
圖目錄 XV
第一章 緒論 1
第二章 液晶材料簡介 3
§2.1 液晶的發現 3
§2.2 何謂液晶? 3
§2.3 液晶分類 4
(一) 長條狀熱致型液晶中,其物理特性及排列方式 6
(二) 圓盤狀熱致型液晶之物理特性及排列方式 13
§2.4 液晶物理 15
§2.4.1 連續彈性體理論 15
§2.4.2 電場對Nematics液晶的光電現象 17
§2.4.3 Fréedericksz Transition 19
§2.4.4 液晶的光學特性 19
§2.4.5 溫度對液晶折射率影響 24
第三章 實驗相關理論 25
§3.1參雜偶氮染料液晶樣品的光配向簡介 26
§3.1.1正力矩效應(Ja’nossy model) 27
§3.1.2 photo-isomerization 29
§3.1.3負力矩效應(Gibbons model) 30
§3.1.4染料吸附基板引致液晶旋轉效應 32
§3.2相位延遲效應相關理論 33
§3.3瓊斯運算(Jones calculus) 36
§3.4史托克參數(stokes parameters)和邦加球(Poincare Sphere) 39
§3.5 光鉗理論 41
§3.5.1光壓推動微粒 42
§3.5.2電磁波模型(Electromagnetic Model) 43
§3.5.3光追跡模型(Ray Optical Model) 44
§3.5.4光鉗 46
§3.6.渦流光束(Optical Vortex) 50
第四章 實驗準備與過程 52
§4.1 q-plate材料介紹 52
§4.1.1向列型液晶 E7 53
§4.1.2偶氮染料 Methyl Red (MR) 54
§4.2 光鉗抓取材料介紹 55
§4.3 q-plate 樣品製程 56
§4.4 光鉗用微粒溶液sample製作 59
§4.5光配向儀器架設 61
§4.5.1 光配向q-plate製作 62
§4.6渦流光束干涉儀實驗架設 62
§4.7渦流光鉗系統架設 64
§4.7.1 紅外光二極體固態雷射 64
§4.7.2 六軸精密電控對光系統 65
§4.7.3 匹配透鏡 65
§4.7.4 紅外光二色鏡 65
§4.7.5 蔡司100X放大油鏡 65
§4.7.6 紅外光CCD 67
第五章 實驗結果討論與分析 68
§5.1 q-plate的製作 69
§5.2渦流光束的製造 71
§5.2.1以雷射光束分析器觀察渦流光束 72
§5.2.2 麥克森干涉儀驗證渦流光束 77
§5.3 光鉗特性分析 79
§5.3.1 不同強度光鉗對抓取微粒的範圍分析 80
§5.3.2 不同偏振光入射q-plate 86
§ 5.4微粒光鉗抓取動態分析 87
§5.4.1不同q值q-plate製造的渦流光束抓取微粒動態分析 87
§5.4.2不同q值渦流光束光鉗抓取微粒位置分析 91
§5.4.3相同q值q-plate製造渦流光鉗抓取不同材質的微粒分析 95
第六章 總結與展望 98
§6.1 總結 98
§6.2 展望 99
參考文獻 101
[1] 黃耀翰, 博士論文, 國立成功大學 (2007)
[2] K. T. Gahagan. “Optical vortex trapping of particles. Opt. Lett. 21, pp 827-829(1996)
[3] Ahoadur, “Liquid Crystals-Applications and Uses, World Scientific Press, Singapore (1990).
[4] B. Bahoadur, “Liquid Crystals-Applications and Uses, World Scientific Press, Singapore (1990).
[5] Peter J. Collings and Michael Hird, “Introduction to Liquid CrystalsChemistry and Physics, Taylor & Francis Ltd, Hampshire (1997).
[6] 傅永貴 教授,上課講義,「液晶材料及顯示技術」(1995)
[7] 松本正一, 角田示良, 劉瑞祥 譯, “液晶之基礎與應用, 國立編譯館出本 (1996).
[8] P.G de Gennes and J.Prost, “The Physics of Liquid Crystals,2nd ed., Clarendon Press,Oxford (1993).
[9] 液晶應用技術研究會 編著, “最新液晶應用技術 (建興出版社 ,1997)
[10] 顧鴻壽 編著, “光電液晶平面顯示器-第二版(新文京開發出版社, (2004)
[11] 苗村 省平 著,陳建銘 譯, “液晶顯示器技術入門, 全華圖書 (2005)
[12] I.C. Khoo and S. T. Wu, “Optics and Nonlinear of Liquid Crystals, World Scientific, Singapore, (1993)
[13] S. Chandrasekhar, B. K. Sadashiva and K. A. Suresh, Pramana , 7, 471 (1997)
[14] A.Yariv, “Optical Electronics in Modern Communications,Oxford University Press, New York (1997)
[15] A.Yariv, “Quantum Elecronics,Wiley,New York,(1988)
[16] Pochi Yen et al, “Optical of Liquid Crystal Display John Wiley & Sons lnc.(2006)
[17] R. Hochgesand, H. J.Plach,and I. C. Sage,Helical Twisting Power of Chiral Dopant in Nematic Liquid Crystals, technical report by E. Merck and BDH Chemicals Ltd.(1989)
[18] 曾穎榆, 碩士論文, 國立成功大學 (2007)
[19] I. Jánossy and T. Kosa, Opt. Lett., 17, 1183 (1992)
[20] I. Jánossy, A.D. Lloyd, Mol. Crys. & Liq. Cryst., 203, 74 (1991)
[21] I. Jánossy, Phys. Rev. E, 49, 2957 (1994)
[22] H.Hervel, W. Urbach, and F. Rondelez, J. Chem. Phys., 68, 2725 (1978).
[23] K. Ichimura, Y. Suzuki, T. Seki, A.Hosoki, and K.Aoki, Langmuir, 4, 1214 (1988).
[24] W. M. Gibbons, P. J. Shannon, S. T. Sun, and B. J. Swetlin, Nature ,351, 49 (1991).
[25] W. M. Gibbons, T. Kosa, P. Palffy-Muhoray, P. J. Shannon and S. T. Sun, Nature ,377, 43 (1995)
[26] I. Jánossy, A. D. Lloyd, B. S. Wherrett, Mol. Crys. & Liq. Cryst., 179, 1(1990)
[27] I. Jánossy, L. Csillag, A. D. Lloyd, Phys. Rev. A, 44, 8410 (1991)
[28] S. Slussarenko, O. Francescangeli and F. Simoni, Appl. Phys. Lett, 71,3613 (1997).
[29] F. Simoni, O. Francescangeli,Yu. Reznikov, S. Slussarenko, Opt. Lett., 22,549 (1997).
[30] R. Clark Jones, “A New Calculus for the Treatment of Optical Systems.JOSA, Vol 31, pp. 488-493 (1941)
[31] Deng-Ke Yang and Shin-Tson Wu, “Fundamentals of Liquid Crystal Devices , John Wiley & Sons Inc., (2006). , Chap. 3
[32] A. Ashkiny, “acceleration and trapping of particles by radiation pressure. Phy. Rev. Lett. 24 156(1970)
[33] A. Ashkiny, J. M. Dziedzic, J E Bjorkholm, and Steven Chu ,Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles. Opt. Lett. 11, 288(1986)
[34] J. P. Barton, D. R. Alexander, and S. A. Schaub, “Theoretical determination of net radiation force and torque for a spherical particle illuminated by a focused laser beam. J. Appl. Phys. 66, pp. 4594 (1989)
[35] R. C. Gauthier and S. Wallace, “Optical levitation of spheres:an lytical development and numerical computation of the force equations. J. Opt. Soc. Am. B 12, pp. 1680 (1995)
[36] Arthur Ashkin, “Optical trapping and manipulation of neutral particles using lasers. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Vol. 94, pp. 4853-4860 (1997)
[37] K. T. Gahagan. “Optical vortex trapping of particles. Opt. Lett. 21, pp 827-829(1996)
[38] A. M. Yao and M. J. Padgett, “Orbital angular momentum: origins, behavior and applications. A O P 3, 161-204 (2011).
[39] 陳怡欣, 碩士論文, 國立成功大學 (2007).
[40] S.-W. Ko, T.-H. Lin, Y.-H. Huang, H.-C. Jau, S.-C. Chu, Y.-Y. Chen, and Andy Y.-G. Fuh, “Electrical control of shape of laser beam using axially symmetric liquid crystal cells, Appl. Optics 51, 1540-1545 (2012).
[41] 翁芸玉, 碩士論文, 國立成功大學 (2004)
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