Doğrudan çekilen yan duvarlara sahip bir 'tekne' tuzağı kullanarak havada büyük metal parçacıkların optik olarak hapsedilmesi

Çalışmalarımız, havadaki parçacıkları yakalamak ve manipüle etmek için yeniden yapılandırılabilir tekne şeklinde optik tuzağın inşasını ve işletilmesini açıklar. Mevcut tuzak yöntemleri, tuzak yerelleştirme ile yakalama alanı arasında uzlaşma yapar. Bu protokol, her ikisini aynı anda gerçekleştiren bir tekne tuzağı getirir.

Bu protokol, standart laboratuvar ortamlarında, ortam hava koşullarında, Sınıf 4 lazer güvenlik protokollerine uygun olarak uygulanabilir. Karbon kaplı cam mikroküreler hazırlandıktan sonra, optik sistemi kinematik ışın asansörü ve bir cetvel kullanarak ışın yüksekliğini 23 santimetreye ayarlayarak kurar. Lazer gücünü 50 miliwatt'ın altına düşür.

Polarizasyonun dikey olarak yönlendirilip yönelmediğini belirlemek için bir polarizator kullanın. Mikroskobu, ışın asansörünün çıkışından 100 santimetreden fazla mesafede, negatif Z yönüne bakan ışın yüksekliğine ayarlayın. Bir Fourier dönüşüm lensini, negatif Z yönüne 10 santimetre yerleştirin, konveks yüzey pozitif Z yönüne bakacak şekilde yerleştirilin.

Sonra kalan üç Fourier dönüşüm lensini, birbirinden 20 santimetre aralı, dönüşümlü konveksliklerle yerleştirin. Akusto-optik modülatörleri, lazere en yakın ve üçüncü en yakın lenslerden negatif Z yönüne 10 santimetre konumlandırın. Lazere en yakın akusto-optik modülatörün dikey konumda olduğundan emin olun.

Akusto-optik modülatörü, lazere en yakın üçüncü lensden iki 10 santimetre mesafeye yerleştirin. Yatay hizalayıp optik eksenden yaklaşık iki derece uzakta döndürün. İstediği dalga formu üretecinin her kanalı için, bir voltaj kontrollü osilatör, bir amplifikatör ve bir akusto-optik modülatör bağlanın.

Sonra amplifikatörleri akusto-optik modülatörlere bağlayın. İstediği dalga formu üretecini, her iki voltaj kontrollü osilatöre verilen voltajı beş volta ayarlayın; bu da 100 megahertz frekansa karşılık gelir. Sonra akusto-optik modülatörün eğimini sıfıra düşürür.

Birinci dereceden ışın maksimum parlaklığına ulaşana kadar açıyı kademeli olarak artırın. Birinci akusto-optik modülatörden çıkan her iki ışını ikinci modülatöre girecek şekilde hizala. İkinci akusto-optik modülatörden çıkan dört ışından yalnızca sağ üst ışının açıklıktan geçmesine izin verir.

Sonra, ışının bir bölümünü gözlem yüzeyine yönlendirmek için bir ışın ayırıcısı yerleştirin. Rastgele dalgaform üreteci genlikleri sıfıra ayarlandığında, gözlem yüzeyindeki ortaya çıkan ışının bir nokta olarak göründüğünü gözlemleyin. Dikey kanal ofsetini beş volt, genliği üç volt, frekansı dört kilohertz olarak ayarlayın.

Gözlem yüzeyinde dikey bir çizgi oluşturan ışını gözlemleyin. Sonra yatay kanal ofsetini beş volta, genliği üç volta, frekansı dört kilohertze ayarlayın. Işın, gözlem yüzeyinde çapraz bir çizgi oluşturması gerekir.

Dikey kanalı sekiz kilohertz ve 90 derece faz kaydırmaya ayarlayın, böylece gözlem yüzeyinde Lissajous deseni oluşur. Sonra Hiza Fazı düğmesine basarak Lissajous desenini parabolik şekle dönüştürebilirsiniz. Parabolik şekli iyileştirmek için dikey kanal faz kaymasını ayarlayın ve gözlem yüzeyindeki ince parabolik deseni gözlemleyin.

45 milimetrelik odak uzaklığına sahip telesentrik bir lensi lineer bir aşamaya yerleştirin ve pozitif Z yönünde hedefin 55 milimetre önünde konumlandırın. Sonra lensin önüne 532 nanometre ışığı yansıtacak dikroik bir filtre yerleştirin. Kamerayı, ilgili görüntüleme yazılımıyla birlikte Evrensel Seri Veri kablosu kullanarak kişisel bilgisayara bağlayın.

Sonra dikroik filtreyi beş ile on derece arasında hafifçe eğin ve parabolik tuzak şekli ortaya çıkana kadar. Işın ayırıcıyı fiber ışık kaynağıyla aydınlatın ve fiber ışığı parabolik tuzağın etrafında merkeze ayarlayın. Laboratuvar spatulasıyla, yaklaşık bir gram parçacığı silindir ekseni boyunca dönmesini sağlamak için monte edilmiş 25 milimetre uzunluğunda, 12 milimetre çapında cam bir silindirin içine yerleştirin.

Yüklü cam silindiri, hedefin çalışma mesafesine karşılık olarak hedefin 15 milimetre uzaklığında merkeze yerleştirin. Silindiri döndürüp dokunduktan sonra, kamera ekranında varsayılan olarak hapsolmuş parçacıkların, düşen parçacıkların ve hapsa parçacıkların gösterildiğini gözlemleyin. Yazılımı yükleyip yapılandırdıktan sonra Visual Studio 2022'yi başlatın ve proje dosyasını açın.

Programı başlatmak için yeşil Çalıştır düğmesine basın. Ekranda görünen video yayını ve terminali gözlemleyin. Yeşil tuzak parabolunun video akışında görünür olduğundan emin olun.

Görünür değilse, tuzak bölgesi ortaya çıkana kadar gücü, filtre veya hizalama ayarlanabilir. Ekranı yakalamak için Windows, Shift ve S tuşlarına aynı anda basın. Fare işaretçisini video akışının sol üst köşesinden sağ alt köşeye tıklayıp sürükleyin.

Ekran görüntüsü düzenleyicisini açmak için açılır pencereye tıklayın. Editördeki MS Paint'te Düzenle butonuna tıklayın. Sonra imleci MS Paint penceresindeki parabolun sol üst köşesine yerleştirin.

Sol alt köşede gösterilen koordinatları X minimum ve Y minimum olarak kaydedin. Sonra imleci MS Paint penceresinde parabolun sağ alt köşesine yerleştirin. Sol alt köşede gösterilen koordinatları X maksimum ve Y maksimum olarak kaydedin.

İş bittikten sonra, Escape tuşuna basarak video akışını kapatın. Ana fonksiyonun is_trapped fonksiyonunda X minimum, X maksimum, Y minimum ve Y maksimumu 280 satırına girin. CPP proje içinde.

Test frekansı rastgeleleştirmesi için, Visual Studio 2022'yi başlatın ve proje dosyası zaten açık değilse açın. Windows PowerShell veya komut isteğini açın. Pythonc komutunu rastgele aktar ve sıfırdan 101'e kadar rastgele bir örneklem yazdır.

Sonra oluşturulan test numaraları listesini kopyalayın. Ana sayfanın 443. satırını düzenle. cpp için oluşturulan listeyi test sayı dizisine yapıştırın ve projeyi Visual Studio 2022'de kaydedin.

Lazer gücünü deney için gereken seviyeye çıkarın. Deneyi yeşil çalıştırma düğmesine tıklayarak ve parçacık tüpünü dokunup döndürerek yapın. Deney bittikten sonra sonuçları açın.

txt dosyasını metin düzenleyicide oluşturdu. Her program çalıştırılmasının, yeni bir sonuç partisinin başlangıcı başlığı altında, format, test numarası, sonuç ve ardından nanosaniye cinsinden tuzak süresi ile yeni sonuçlar ürettiğini gözlemleyin. Veri görselleştirmesi için, Virgül Ayrılmış Değerler dosyasından test sayılarını ve tuzak sürelerini example.xlsx'ye kopyalayın.

Gerekli filtreleri uyguladıktan sonra, ek sütunları ve tuzak zamanı ile tuzak çekme sıklığı arasındaki dağılma grafikini inceleyin. Karbon kaplı mikroküreler, arkadan aydınlatıldığında koyu gölgeler oluşturur. Cam mikroküreler, yaklaşık 100 mikrometre boyutunda parçacıklar, parabolik tuzağın yaklaşık dibine yerleşmiştir.

Bir parçacık başarılı şekilde tuzağa düşürüldüğünde, otomatik parçacık algılama yazılımı kırmızı bir T gösterirdi. Hiçbir parçacık bulunmadığında, yazılım yeşil bir N gösterirdi. Tuzak oranları ve ömürleri, sıcaklık veya nem gibi çevresel değişkenlerin fonksiyonuna bağlı olarak artabilir veya azalabilirdi. Bir mikrometre büyüklüğündeki katı altın parçacıkları optik eksen boyunca gözlemlenemezdi, ancak ışık saçılmaları eksene dik olarak gözlemlendi. Video kayıtları, parçacıkların birkaç dakikayı aşan uzun süreler boyunca konumlarını koruduğunu doğruladı.

Bu protokol, bir araştırmacının bir tekne tuzağı çizip hızla modifiye etmesini sağlayarak havadaki çok çeşitli parçacıkları tuzak yapıp hareket ettirmesini sağlar. Gelecekteki çalışmalar, 2B düzlemde tuzak şekli, ağırlık ve kesit konumunun programlanabilir manipülasyonunu mümkün kılmak için Alan Programlanabilir Kapı Dizisi kontrolünü entegre edebilir.