Chlazení tepelného pohybu opticky levitujících nanoobjektů
Loading...
Date
Authors
Zemánková, Tereza
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Diplomová práce se zabývá optickou levitací dielektrických nanočástic a chlazením jejich tepelného pohybu. Zafokusováním dvou protiběžných laserových svazků lze částici stabilně zachytit mezi ohnisky obou svazků. Následnou aplikací vnějšího elektrického pole na opticky zachycenou nabitou částici a správným nastavením zpětnovazebné smyčky je možné částici odebírat energii, zmenšovat její varianci polohy, a tedy chladit tepelný pohyb částice. Práce je rozdělena do tří hlavních kapitol. V první je rozebrán teoretický úvod do optického chytání, popsána dynamika zachycené částice a propojení s experimentální částí. Je zde popsáno schéma experimentální sestavy, příprava částic pro experimenty, detekce polohy částice, návod, jak správně optickou sestavu naladit, a kalibrace dat na jednotky SI. Ve druhé části jsou uvedeny různé způsoby chlazení tepelného pohybu opticky levitující částice. Experimenty provedené s jednou zachycenou částicí jsou porovnány s teoretickým modelem. V laserovém svazku s kruhovým profilem byla částice chlazena v jedné ose a eliptický profil svazku umožnil chladit tepelný pohyb částice ve dvou osách. Ve třetí části je rozebráno zachycení a interakce dvou levitujících částic, vznik normálních módů a jejich následné chlazení. Experimentálně získaná data jsou porovnána s teoretickými modely.
The master's thesis deals with optical levitation of dielectric nanoparticles and cooling of their thermal motion. By focusing two counter-propagating laser beams, the particle can be stably trapped between the foci of the two beams. By subsequently applying an external electric field to the optically trapped charged particle and properly adjusting the feedback loop, it is possible to remove energy from the particle, reduce its position variance, and thus cool the particle thermal motion. The thesis is divided into three main chapters. The first discusses the theoretical introduction to optical trapping, describes the dynamics of the trapped particle, and connects it to the experimental section. A schematic of the experimental setup, preparation of particles for experiments, detection of the particle position, instructions on how to properly tune the optical setup, and calibration of the data to SI units are described. In the second part, various methods of cooling the thermal motion of an optically levitating particle are presented. Experiments performed with a single captured particle are compared with the theoretical model. In a laser beam with circular profile, the particle was cooled in one axis and the elliptical profile of the beam allowed cooling the thermal motion of the particle in two axes. In the third part, the trapping and interaction of two levitating particles, the formation of normal modes and their subsequent cooling are discussed. The experimentally obtained data are compared with theoretical models.
The master's thesis deals with optical levitation of dielectric nanoparticles and cooling of their thermal motion. By focusing two counter-propagating laser beams, the particle can be stably trapped between the foci of the two beams. By subsequently applying an external electric field to the optically trapped charged particle and properly adjusting the feedback loop, it is possible to remove energy from the particle, reduce its position variance, and thus cool the particle thermal motion. The thesis is divided into three main chapters. The first discusses the theoretical introduction to optical trapping, describes the dynamics of the trapped particle, and connects it to the experimental section. A schematic of the experimental setup, preparation of particles for experiments, detection of the particle position, instructions on how to properly tune the optical setup, and calibration of the data to SI units are described. In the second part, various methods of cooling the thermal motion of an optically levitating particle are presented. Experiments performed with a single captured particle are compared with the theoretical model. In a laser beam with circular profile, the particle was cooled in one axis and the elliptical profile of the beam allowed cooling the thermal motion of the particle in two axes. In the third part, the trapping and interaction of two levitating particles, the formation of normal modes and their subsequent cooling are discussed. The experimentally obtained data are compared with theoretical models.
Description
Citation
ZEMÁNKOVÁ, T. Chlazení tepelného pohybu opticky levitujících nanoobjektů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2023.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
bez specializace
Comittee
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (místopředseda)
prof. Mgr. Dominik Munzar, Dr. (člen)
doc. Mgr. Adam Dubroka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Petráček, Dr. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)
Date of acceptance
2023-06-20
Defence
Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno:
Vliv snížení tlaku na dosažitelnou teplotu.
Podmínky pro zkoumání kvantových vlastností mikročástic.
Způsob optického návrhu experimentu.
Studentka na otázky odpověděla velmi obsáhle.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení