NGHIÊN CỨU KÌM QUANG HỌC PHI TUYẾN SỬ DỤNG MÀNG MỎNG MÀU HỮU CƠ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN CÁC VI HẠT
Quang học
Luận án "Nghiên cứu kìm quang học phi tuyến sử dụng màng mỏng màu hữu cơ ứng dụng điều khiển các vi hạt" tập trung giải quyết những hạn chế của kìm quang học tuyến tính (KTT) trong việc điều khiển chính xác các vi hạt điện môi (DMP) và các đối tượng sinh học. KTT truyền thống thường có cấu hình phức tạp và đòi hỏi nhiều yếu tố điều khiển để thao tác 3D. Nghiên cứu này đề xuất và khảo sát một hệ thống kìm quang học phi tuyến (KPT) mới, sử dụng màng mỏng chất màu hữu cơ, cụ thể là Acid Blue, như một vi thấu kính phi tuyến. Các chất màu hữu cơ này có đặc tính phi tuyến bậc ba cao, mang lại lợi thế so với các môi trường chất lỏng có độ phi tuyến thấp.
Mục tiêu chính của luận án là đề xuất cấu hình KPT cải tiến, tính toán sự thay đổi tiêu cự của vi thấu kính phi tuyến, đánh giá hiệu suất bẫy, và chứng minh khả năng điều khiển các vi hạt tự do cũng như kéo căng các phân tử ADN bằng phương pháp toàn quang thông qua việc thay đổi công suất laser. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc đề xuất cấu hình, tính toán lý thuyết và mô phỏng, kết hợp với các dữ liệu thực nghiệm.
Về mặt khoa học, luận án đã đề xuất một cấu hình KPT phù hợp cho các ứng dụng nghiên cứu sinh học và chứng minh sự tăng cường hiệu suất bẫy của KPT trong điều khiển vi hạt điện môi. Về mặt thực tiễn, KPT được đề xuất có thể ứng dụng trong điều khiển vi hạt điện môi tự do, tái phân bố các đối tượng sinh học trong không gian, kéo căng các phân tử ADN và nâng cao độ phân giải trong xử lý ảnh quang.
Nghiên cứu đã đi sâu vào nguyên lý hoạt động của KPT dựa trên hiệu ứng tự hội tụ của chùm laser Gauss khi truyền qua màng mỏng chất màu hữu cơ, biến nó thành vi thấu kính phi tuyến với tiêu cự phụ thuộc vào cường độ laser. Các phân tích về quang lực và hiệu suất bẫy (HSB) cho thấy HSB của KPT được cải thiện đáng kể so với KTT khi công suất laser tăng, với HSB của KPT vượt trội hơn KTT ở ngưỡng công suất laser nhất định (ví dụ: 2,15mW). Luận án cũng khảo sát động lực học của vi hạt polystyrene tự do và các phân tử ADN gắn kết trong KPT bằng hệ phương trình Langevin tổng quát. Kết quả đã rút ra các tham số thiết kế tối ưu cho KPT để kéo căng các phân tử ADN có chiều dài khác nhau (chủng Lambda và BEC), nhấn mạnh tầm quan trọng của việc lựa chọn khẩu độ số của vi thấu kính và chiều dày buồng chất lưu phù hợp. Điều này đảm bảo kiểm soát chính xác chuyển động của vi hạt, cải thiện độ phân giải thời gian và không gian, đồng thời ngăn ngừa đứt gãy chuỗi ADN.