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研究生: 宋瑞鎧
Sung, Ruei-Kai
論文名稱: 一種使用繞射相位元件整形光場於微流體粒子連續分離系統之設計
Design of a microfluidic continuous sorting system with DPE-shaped optical fields
指導教授: 朱淑君
Chu, Shu-Chun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 107
中文關鍵詞: 繞射相位元件微流道分流微米尺寸粒子
外文關鍵詞: DPE, micro-channel, sorting, multi-sized particles
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  • 本篇論文提出一個可以連續分離多種不同尺寸粒子的微流體粒子連續分離系統。此系統設計一微流道結構及流場,並結合DPE建立的光場,使得不同尺寸的粒子透過微流體中拖動力及光場梯度力的差異而可被導至不同的微流道而分離。
    本論文運用流體力學概念設計微流道、並依此設計相配合之光場場型,論文中使用了傅立葉繞射光學理論輔以模擬軟體Matlab模擬繞射相位元件(Diffractive Phase Elements, DPE)與其建立之光場,並以有限元素法計算微流道之流場,最後結合兩者,計算出六種不同尺寸粒子在流體中的受力軌跡圖,以驗此微流體連續分離系統可連續分離多種不同尺寸之粒子。

    This dissertation proposes a system which can sort multi-sized particles successively. This system includes a micro-channel structure, flow field, and light field which is set up by Diffractive Phase Elements (DPE). This system combines the gradient force of light field and the drag force of flow field to separate multi-sized particles to different branch channels to achieve the purpose of particle sorting.

    第一章 緒論.............................. 1 第二章 相關原理介紹........................4 2.1 傅立葉光學........................... 4 2.1.1 近場與遠場繞射...................... 4 2.1.2 薄透鏡............................. 6 2.2 繞射相位元件(DPE).................... 11 2.2.1 疊代傅立葉轉換法(IFTA).............. 11 2.2.2 二階光學(Binary Optics)............ 18 2.3 光場梯度力........................... 30 2.4 雷諾數與層流.......................... 33 2.4.1 雷諾數............................. 33 2.4.2 層流.............................. 34 2.5 Stokes’ Law....................... 37 2.6 佛客-普朗克解說....................... 39 2.7 模擬球型粒子軌跡...................... 41 2.7.1 模擬軌跡之建構...................... 41 2.7.2 模擬軌跡之設定...................... 43 第三章 DPE重建光場與微流道、流場之設計與驗證... 47 3.1 微流道設計........................... 47 3.2 有限元素法........................... 48 3.2.1 有限元素法簡介...................... 48 3.2.2 有限元素法模擬微流道之設定............ 51 3.3 微流道內分離區段之流場驗證.............. 54 3.4 DPE與重建光場之建立.................. 61 3.5 重建光場之驗證........................ 72 3.6 結合光場與流場之驗證................... 80 第四章 微流體粒子連續分離系統之性質探討........ 83 4.1 微流道七組流場區域之粒子軌跡............. 84 第五章 結論與未來展望...................... 104 參考文獻................................. 106

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