Автореферат (1105150), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В остальных случаях сил ловушек даже при 20 мВт не хватало длятого, чтобы разделить эритроциты.Результаты для зависимости среднего максимально достижимого расстояния между центрами клеток ∆Xот силы, приложенной со стороны оптических ловушек, показаны на рис.11. На графике представлены данные,относящиеся только к клеткам, разделение которых на две независимыхклетки не происходило даже при максимальной силе воздействия со стороны ловушек в 29±3 пН.
Это 77 случаевиз 85 экспериментальных реализаций.Рис. 11: Зависимость среднего максимально достиВажным экспериментальным наблюжимого расстояния между центрами клеток от силы,дением является тот факт, что средприложенной со стороны оптических ловушек.няя сила необходимая для разделения(дезагрегации) эритроцитов Fa возрастает с увеличением расстояния между центрамиклеток. Более того, эта зависимость имеет пороговый характер, так в 8 случаях, когда вэксперименте наблюдалось полное разделение эритроцитов из агрегата, при достиженииопределенного значения мощности, дезагергация эритроцитов происходила без приложения больших сил, что указывает на наличие спадающей части зависимости.14Глава 4.
Фотонно-силовая микроскопия электромагнитного поля волноводныхмод одномерных фотонных кристалловДанная глава работы посвящена изучению силового воздействия на микрочастицу со стороны электромагнитного поля волноводной моды фотонного кристалла. В экспериментечастица была локализована оптической ловушкой в воде вблизи поверхности фотонногокристалла, в котором возможно распространение волноводной моды электромагнитногоизлучения. При этом экспериментально замечено изменение среднего положения микрочастицы при возбуждении волноводной моды, что свидетельствует о силовом воздействии на частицу со стороны электромагнитного поля волноводной моды.В данной работе в качестве образца фотонного кристалла исследовалась слоистаяструктура, выращенная на подложке методом термического напыления.
Подложка представляла собой покровное стекло толщиной 0,1 мм. Образец изготовлен из расчета наличия в нем фотонной запрещенной зоны с центром на длине волны λg = 750 нм принормальном падении излучения и состоит из 11 пар слоев оксида циркония и диоксидакремния с оптической толщиной λg /4 и одним дополнительным слоем оксида цирконияна поверхности толщиной λg /8.Для численного моделирования возбуждения волноводных мод в фотонном кристалле необходимо знание показателей преломления и геометрических толщин слоев.
Дляэтого были проведены дополнительные исследования с использованием спектроскопической эллипсометрии на приборе Horiba Uvisel 2. В исследовании с помощью данногоприбора были проведены измерения характеристик фотонного кристалла на подложке,а также подложки без фотонного кристалла в спектральном диапазоне от 350 до 2060нм под углами падения оптического излучения 60 и 70 градусов. Далее производиласьсовместная аппроксимация данных этих измерений с помощью программного комплекса,прилагаемого к указанному прибору, используя модель чередующихся слоев и стандартные дисперсионные модели для покровного стекла, оксидов циркония и кремния, входящие в библиотеку комплекса.
Аппроксимация дала следующие значения. Коэффициентыпреломления оксида циркония n = 1.95, оксида кремния n = 1.45 для длины волны 532нм. Толщины первых 11 слоев оксида циркония 95 нм, оксида кремния 124 нм, Толщинадополнительного слоя оксида циркония составила 38 нм.Для определения характеристик используемого образца фотонного кристалла былипроведены численные расчеты на основе алгоритма, указанного в работе [15]. Этот алгоритм основывается на методике матриц распространения, которую широко используютв решении задач о распространении электромагнитного излучения в слоистых средах.Усиление локального поля вблизи нижней поверхности можно охарактеризовать параметром L = Eout /Ein , где Ein — электрическое поле падающей волны, Eout — поле волнына противоположной стороне фотонного кристалла.Методом матриц распространения был проведен расчет коэффициенты отражения Rи усиления L излучения, падающего из подложки на контактирующий с водой фотонныйкристалл, при длине волны равной λ = 532 нм.
На графике зависимости коэффициентаотражения R от угла падения виден минимум при угле падения θ = 71, 6◦ (рис. 12(a)),который соответствует максимуму в коэффициенте усиления L ≈ 2, 1 (рис. 12(б)). Нарис. 12(в) показано распределение модуля амплитуды напряженности электрическогополя в рассматриваемой структуре вдоль оси z при данном угле падения. Это распределение показывает, что в данной структуре существует волноводная мода с существенной15локализацией электромагнитного поля вблизи поверхности фотонного кристалла, контактирующего с водой.Рис.
12: Результаты расчета методом матриц распространения. Зависимость коэффициента отражения (a) и усиления локального поля вблизи нижней поверхности фотонного кристалла (б)от угла падения излучения с длиной волны в вакууме λ = 532 нм. в) Распределение модуляамплитуды напряженности электрического поля в фотонном кристалле вдоль оси z при возбуждении волноводной моды. г) Спектральная зависимость коэффициента отражения при углепадения из подложки на фотонный кристалл θ = 71, 6◦ .Также в работе получен спектр пропускания образцом нормально падающего излучения (см. рис. 13а).
Спектр имеет характерный минимум в окрестности 750 нм, что подтверждает наличие фотонной запрещенной зоны, а следовательно и соответствующихчетвертьволновых слоев в структуре. Наличие волноводной моды в рассматриваемойструктуре было подтверждено спектроскопией в схеме нарушенного полного отраженияв геометрии Кречманна (см. рис. 13б). Для этого был изготовлен образец, представляющий собой герметичную ячейку, состоящую из образца фотонного кристалла и дополнительного покровного стекла с зазором из воды толщиной около 50 мкм.
Для заведенияизлучения в образец использовалась специально изготовленная призма с основанием ввиде равнобедренной трапеции. Угол при основании трапеции 55◦ . Показатель преломления призмы nd = 1.659. Оптический контакт между призмой и подложной фотонногокристалла осуществлялся с помощью иммерсионного масла. Спектр отражения содержит2 характерных минимума, в окрестности 530 и 560 нм, которые согласуются с расчетамина рис. 12(г) и соответствуют первой и второй волноводным модам фотонного кристалла.Для оценки величины градиентной силы, действующей на пробную полистироловую16Рис. 13: а) Спектральная зависимость коэффициента пропускания образца фотонного кристалла для нормально падающего излучения.
б) Спектральная зависимость отношения коэффициентов отражения TE- и TM-поляризованного света от образца фотонного кристалла.частицу в электромагнитном поле волноводной моды, использовано приближение Релеяв предположении, что микрочастица не возмущает оптическую ловушку как это былосделано в работах [16, 17]. В этом приближении вычисления дают величину этой силыпорядка 10 фН.Экспериментальная установка для фотонно-силовой микроскопии электромагнитногополя вблизи поверхности раздела сред изображена на рис.
14. Эта установка представляет собой оптический пинцет, совмещенный с установкой для одновременной угловойспектроскопии фотонного кристалла.Оптическая ловушка формируется при фокусировке инфракрасного лазерного излучения с длиной волны 975 мн внутри герметичной кюветы. Объектив с числовой апертурой 1,3 фокусирует излучение инфракрасного лазера в герметичной кювете, образованной покровным стеклом и фотонным кристаллом на подложке с зазором 10–20 мкм,заполненным водой с небольшим количеством 1-мкм частиц полистирола.
Объективрасполагается на трансляционном столике, совмещенным с подачей на основе обратного пьезоэффекта, что позволяет перемещать этот объектив и положение ловушки,вдоль оптической оси. Рассеянное частицей излучение инфракрасного лазера собирается вторым объективом и направляется с помощью системы линз на чувствительнуюповерхность квадрантного фотодиода.
Примененная оптическая схема совместно с высокоразрядным дифференциальным аналогово-цифровом преобразователем позволяет осуществлять контроль положения захваченной частицы внутри оптической ловушки c нанометровой точностью. Дополнительный светофильтр, пропускающий излучение в узкомспектральном диапазоне 980 ± 10 нм, исключает влияние других источников излученияна регистрируемый квадрантным фотодиодом сигнал. Наблюдение за локализованной воптической ловушке частицей осуществлялось с помощью видеокамеры, при этом освещение образца проводилось в геометрии “на просвет”.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
