فردین خیراندیش

نور می‌تواند نیروی تابشی یا فشار تابشی وارد کند. نیروهای تابشی (اپتیکی) از برهمکنش نور- ماده ناشی می‌شوند. نیروهای تابشی که عموماً از تغییرات گرادیان میدان یا تکانه خطی حمل شده توسط فوتون‌ها ناشی می‌شوند، اساس به دام انداختن و دستکاری نوری را تشکیل می‌دهند. امواج ناپایدار مدهای هدایت شونده، هم تکانه و هم انرژی را حمل می‌کنند، که آنها را قادر می‌سازد اجسام کوچک واقع در سطح موجبر را حرکت دهند. این نیروی اپتیکی را می‌توان برای دستکاری نوری میدان نزدیک، چینش و شتاب ذرات استفاده کرد. در این رساله در قسمت نخست، نیروی اپتیکی وارد بر ذره دی‌الکتریک در موج ناپایدار ساختار موجبر تشدیدی بررسی شده است. با استفاده از معادلات ماکسول و اعمال شرایط مرزی، تمام مولفه‌های میدان و یک رابطه پاشندگی تعمیم یافته به دست می‌آید. عبارتی برای میدان ناپایدار بر حسب توابع موج کروی بدست‌آمده است. مؤلفه‌های دکارتی نیروی تابش به صورت تحلیلی فرموله شده و با چشم‌پوشی از پراکندگی‌های چندگانه که بین کره و سطح موجبر رخ می‌دهد، به صورت عددی ارزیابی می‌شوند. داده‌های عددی ما نشان می‌دهد که هر دو مؤلفه نیروی افقی و عمودی و سرعت رو به جلو ذرات به طور قابل ‌توجهی در ساختار تشدید پیشنهادی در مقایسه با مواردی که برای موجبرهای سه لایه معمولی گزارش شده‌اند، افزایش یافته‌اند. اعمال نیروی قوی تر بر روی ذرات ماکرو و نانو می‌تواند برای انجام آزمایش‌های پیشرفته در محلول‌های با ویسکوزیته بالا و آزمایشات روی سلول‌های بیولوژیکی بسیار مفید باشد. علاوه بر این، این ساختار مسطح تشدید را می‌توان بر روی پایه میکروسکوپ نوری معکوس برای تصویربرداری از حرکت نانوذرات، به ویژه هنگامی که ذره با اشیاء برخورد می‌کند و برهم کنش دارد، نصب کرد. در قسمت دوم این رساله، ما از شبکه‌های عصبی برای بهبود و سرعت بخشیدن به محاسبات نیروی اپتیکی برای ذرات دی‌‌الکتریک استفاده می‌کنیم. این شبکه ابتدا بر روی مجموعه محدودی از داده‌های به‌دست‌آمده از طریق محاسبات دقیق پراکندگی نور، بر اساس روش ماتریس انتقال، آموزش داده می‌شود و سپس برای کشف طیف وسیع‌تری از ابعاد ذرات، ضرایب شکست و طول‌موج‌های تحریک استفاده می‌شود. این رویکرد محاسباتی بسیار کلی و منعطف است. در اینجا، ما بر روی کاربرد آن در زمینه میکرو و نانوپلاستیک‌ها تمرکز می‌کنیم، موضوعی که در دهه گذشته به دلیل حضور گسترده آنها در محیط زیست و تأثیر زیادآنها بر سلامت انسان و اکوسیستم مورد توجه قرار گرفته‌است.