Construcción y calibración de un sistema de pinzas ópticas Público Deposited

En este trabajo se estudia e implementa la técnica de atrapamiento óptico llamada pinzas ópticas. Ésta permite manipular y atrapar partículas del orden de micrones usando las fuerzas generadas por la presión de radiación de luz láser. Debido a la gran relevancia de este tema por su gran número de aplicaciones tanto en ciencia básica como aplicada, pusimos en funcionamiento un sistema de pinzas ópticas, el primero en su clase en la UAM-I. En primer lugar abordamos la teoría general del atrapamiento óptico, la cual nos permitió entender cómo un haz láser al pasar por un objetivo de microscopio de alta apertura numérica es capaz de atraer e inmobilizar partículas de tamaños de unidades de micras o menores, en una región cercana a su punto focal. Debido a las aplicaciones que se tienen previstas para este sistema, nos enfocamos solo al atrapamiento de objetos de tamaños grandes comparados con la longitud de onda del haz y atrapamos esferas dieléctricas de óxido de silicio de 5.06 y 7.27 µm de diámetro utilizando un láser de Nd-YAG doblado en frecuencia. Es por ello que la parte principal de este trabajo aborda el cálculo de las fuerzas ópticas generadas por la trampa, ya que el poder de esta técnica radica justamente en la capacidad de medir propiedades de sistemas tales como elasticidad, torsión, posición, estructura super cial, interacción entre partículas, etc. a través de las fuerzas, típicamente en la escala de piconewtons. Desde ese punto, la obtención de fuerzas se llevó a cabo mediante dos métodos: por fuerza viscosa y por el análisis del espectro de potencias. Con el primero, para esferas de 5.06 µm, obtuvimos fuerzas de atrapamiento desde 7.21±0.42 hasta 27.16±0.42 piconewtons. Estos valores están dentro del rango calculado por muchos autores. Con el segundo, partimos de una rutina que hicimos en LabVIEW que obtiene series en el tiempo de las posiciones que visita la esfera de 5.06 µm atrapada en el pozo de potencial armónico en función de voltajes. Dichas series permiten calcular el espectro de potencias y ajustándolo una curva no lineal [49], se obtuvieron las constantes de rigidez de la trampa en las direcciones x y y. Este último método arroja información adicional que usamos para encontrar otras constantes de rigidez analizando la estadística del movimiento de la esfera atrapada. Finalmente, se describen las conclusiones del trabajo y el tipo de experimentos que se tienen planeados para este sistema.

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  • 2014
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Última modificación: 09/28/2022
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