[en] OPTICAL TWEEZERS AND STRUCTURED LIGHT: TRAPPING MICROPARTICLES IN A DARK FOCUS

[pt] PINÇAS ÓPTICAS E LUZ ESTRUTURADA: APRISIONANDO MICROPARTÍCULAS EM UM FOCO ESCUR

[pt] FELIPE ALMEIDA DA SILVA

[pt] OPTOMECANICA

[pt] LUZ ESTRUTURADA

[pt] PINCA OTICA

[en] OPTOMECHANICS

[en] STRUCTURED LIGHT

[en] OPTICAL TWEEZER

[pt] Optomecânica, o estudo de forças induzidas pela luz sobre a matéria, teve grandes avanços nos últimos anos com diversas implicações sobre todas as ciências naturais. Pinças ópticas, por exemplo, são amplamente usadas na física, química e biologia para aprisionar nano e micropartículas com índice de refração maior do que o meio que a cerca usando, em geral, feixes Gaussianos. Generalizando essa técnica, trabalhos recentes começaram a explorar estados de ordem maior dos feixes eletromagnéticos e suas superposições para aprisionamento óptico, criando feixes com fase, modo e amplitude ajustáveis. Esses novos graus de liberdade permitem o uso de potenciais arbitrários e até mesmo forças dependentes do tempo capazes de induzir movimento controlado no objeto aprisionado. Nesse contexto de feixes estruturados, nós podemos explorar não apenas as forças atrativas entre luz e matéria, mas também as forças repulsivas que ocorrem quando o índice de refração da partícula é menor que o do meio circundante. Neste trabalho vamos explorar ambos cenários a partir da criação de feixes holográficos com um Modulador Espacial de Luz (SLM). Mais especificamente, vamos focar na implementação do feixe de foco escuro, ou feixe de garrafa, onde as partículas encontram equilíbrio em uma região sem incidência de luz. Resultados experimentais são apresentados e comparados com simulações numéricas baseadas na teoria de Lorentz-Mie e possíveis aplicações dessas pinças óticas inversas são discutidas em optomecânica e biologia.

[en] Optomechanics, the study of light-induced forces upon matter, has seen tremendous advances in recent years with broad implications to all natural sciences. Optical tweezers, for instance, are now widely used in physics, chemistry and biology to trap nano- and micro-objects with a refractive index greater than of its surrounding medium using typically Gaussian laser beams. Generalizing these techniques, recent works began to explore higher-order states of the electromagnetic field and its superpositions for optical trapping, creating beams with customized phase, mode and amplitude. These new degrees of freedom allows for optical potentials beyond the harmonic approximation, enabling virtually arbitrary potential forms and even time-dependent forces capable of inducing controlled motion on the trapped object. Within this context of structured light beams, we can explore not only the attractive forces between light and matter but the repulsive ones that arise when the particle s refractive index is smaller than that of its medium. In this work we explore both scenarios by creating holographic beams with a Spatial Light Modulator (SLM). Specifically, we focus on the implementation of the dark focus beam, or optical bottle beam, where particles may find equilibrium in a region with no incidence of light. Experimental results are presented and compared to Lorentz-Mie numerical simulations and possible applications of these inverted optical tweezers in optomechanics and biology are discussed.

THIAGO BARBOSA DOS SANTOS GUERREIRO

WALTER MARGULIS

THIAGO BARBOSA DOS SANTOS GUERREIRO

ANTONIO ZELAQUETT KHOURY

CYRIL LAPLANE

GABRIEL HORACIO AGUILAR

2023-06-13

2023-05-10

[pt] TEXTO

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INGLÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=62836@1

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=62836@2

https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.62836