Added plots, fixed python files

This commit is contained in:
2023-03-28 23:14:40 +04:00
parent 09885e497f
commit ad351ce927
10 changed files with 70 additions and 26 deletions

View File

@@ -8,7 +8,7 @@
|![](images/fig_1.png)|
|---|
|Fig. 6. (A) Однолучевая градиентная оптическая ловушка в рассмотрении геометрической оптики с фокусом $f$, расположенным на оси $Z$. (B) Геометрия падающего луча, дающего вклад в силы $F_g$ и $F_S$|
|Рис. 1. (A) Однолучевая градиентная оптическая ловушка в рассмотрении геометрической оптики с фокусом $f$, расположенным на оси $Z$. (B) Геометрия падающего луча, дающего вклад в силы $F_g$ и $F_S$|
Ловушка состоит из падающего параллельного пучка лучше произвольного модового состава и поляризации, который попадает в высокоапертурный микрообъектив и фокусируется в фокусе $f$. Максимальный угол отклонения лучей на выходе микрообъектива определяется его числовой апертурой
@@ -60,8 +60,20 @@ $$n_1 \sin{\theta} = n_2 \sin{r}$$
Построим графики для эффективностей $Q$ полученных сил. Введем относительный показатель преломления $n = \frac{n_2}{n_1}$. Для расчета будем использовать значения $NA = 1.25$, откуда $\phi_{max} = 70^\circ$;
$n_1 = 1.33$; $𝑛 = 1.2$, откуда $n_2 = 1.6$ (полистирол). Величину $f$ и радиус частицы вводить не нужно, т.к. в геометрооптическом рассмотрении от их значений результат не зависит.
|![](images/fig_2.png)|
|---|
|Рис. 2. Эффективности сил, действующих на частицу при $n = 1.2$|
На рис. 2 $Q = \sqrt{Q_s^2 + Q_g^2}$ эффективность результирующей силы, действующей на частицу. Этот график показывает вклад каждого луча, падающего на частицу под определенным углом. Видно, что максимальное значение $Q_g$ находится примерно при значении угла падения $70^\circ$, что показывает необходимость использования высоких значений $NA$. Для сравнения приведем графики для других $n$ на рис. 3 и 4.
|![](images/fig_3.png)|
|---|
|Рис. 3. Эффективности сил, действующих на частицу при $n = 1.1$|
|![](images/fig_4.png)|
|---|
|Рис. 4. Эффективности сил, действующих на частицу при $n = 1.8$|
Видно, что при $n \rightarrow 1$ необходимый максимальный угол падения становится слишком высок, а при $n \rightarrow 1.4\$ $Q_s$ равна или превышает $Q_g$ в большей части диапазона углов, что говорит о сложности получения стабильного захвата.
## Сила вдоль оси Z
@@ -93,6 +105,10 @@ $$F_{sZ}^\Sigma = \frac{1}{\pi r_{max}} \int_{0}^{2\pi} \int_{0}^{r_{max}} F_{sZ
Построим графики на основе данных, приведенных выше (рис. 5).
|![](images/fig_5.png)|
|---|
|Рис. 5. Силы, возникающие при смещении частицы вдоль оси $Z$|
Из графика видно, что при смещении частицы из положения равновесия растут силы, которые возвращают частицу обратно. Максимальные значения сила приобретает в координатах $z = 1.06\ \mu m$ и $z = 1.02\ \mu m$. От конкретных значений этих сил зависит стабильность захвата и жесткость ловушки. Также можно заметить, что положение равновесия частицы немного смещено относительно нуля и то, что благодаря симметрии в данном случае сила не зависит от поляризации света.
## Сила вдоль оси Y
@@ -137,7 +153,11 @@ $$F_{gY}^\Sigma = \frac{1}{\pi r_{max}} \int_{0}^{2\pi} \int_{0}^{r_{max}} F_{gY
$$F_{sY}^\Sigma = \frac{1}{\pi r_{max}} \int_{0}^{2\pi} \int_{0}^{r_{max}} F_{sY} r d\beta dr$$
По тем же данным построим графики эффективностей сил вдоль оси $Y$.
По тем же данным построим графики эффективностей сил вдоль оси $Y$ (рис. 7).
|![](images/fig_7.png)|
|---|
|Рис. 7. Силы, возникающие при смещении частицы вдоль оси $Y$|
Видно, что возвращающая сила симметрично действует при смещении частицы, и положение равновесия уже находится в нуле.
@@ -171,7 +191,7 @@ $$I(r) = \exp\left(-\frac{2r^2}{w_0}\right)$$
- Силы вдоль оси $Z$: [trap_forces_axial.py](Python/trap_forces_axial.py) и [trap_forces_axial.m](Matlab/trap_forces_axial.m)
- Силы вдоль оси $Y$: [trap_forces_transverse.py](Python/trap_forces_transverse.py) и [trap_forces_transverse.m](Matlab/trap_forces_transverse.m)
- Силы вдоль оси $Y$: [trap_forces_transverse.py](Python/trap_forces_transverse.py) и [trap_forces_transverse.m](Matlab/trap_forces_transverse.m) (**занимает больше времени на вычисление!**)
Запустите один из этих файлов, и будут построены графики. Вы можете изменить начальные константы и провести свои эксперименты.