Dynamics of Microparticles Optically Trapped in Vacuum
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Mikročástice levitující ve vakuu pouze za pomoci silových účinků světla představuje mechanický systém, který je extrémně dobře izolován od okolních a jeho zdrojů šumu. Tato unikátní vlastnost poskytuje tomuto systému nevídanou citlivost na změny okolních podmínek. V předkládané práci je popsáno technické řešení experimentální sestavy pro optické chytání ve vakuu, která byla realizována v laboratořích skupiny levitační fotoniky Ústavu přístrojové techniky AVČR v Brně. Dále je prezentována experimentální studie dynamiky částice zachycené v kruhově polarizovaném optickém poli, které generuje nekonzervativní složku pole optické síly. Následuje experimentální pozorování a popis dynamiky dvou opticky vázaných mikročástic ve volném prostoru ve vakuu, což je konfigurace, která nebyla nikdypředtím realizována. Závěrem je představena zcela originální metoda pro odhad silového pole optické pasti založená na analýze stochastické trajektorie zachycené částice.
A microparticle levitating in vacuum only by optical forces constitutes a mechanical system which is extremely well isolated from its environment, including its sources of noise. This unique feature provides the system with outstanding sensitivity on any change of surrounding conditions. We introduce a unique experimental set-up for trapping in vacuum which we built the Institute of scientific instruments of CAS in Brno. Subsequently we provide an experimental study of mechanical effect of circularly polarized light which, contrary to linearly polarized light, generates non-conservative contribution to the optical force field. We follow by presenting observation of optical binding of two particles in free space in vacuum which has never been realised before and show how the inter-particle interaction can be tuned and characterized. In the end we introduce a promissing method for optical force field estimation based on particles stochastic trajectory analysis.
A microparticle levitating in vacuum only by optical forces constitutes a mechanical system which is extremely well isolated from its environment, including its sources of noise. This unique feature provides the system with outstanding sensitivity on any change of surrounding conditions. We introduce a unique experimental set-up for trapping in vacuum which we built the Institute of scientific instruments of CAS in Brno. Subsequently we provide an experimental study of mechanical effect of circularly polarized light which, contrary to linearly polarized light, generates non-conservative contribution to the optical force field. We follow by presenting observation of optical binding of two particles in free space in vacuum which has never been realised before and show how the inter-particle interaction can be tuned and characterized. In the end we introduce a promissing method for optical force field estimation based on particles stochastic trajectory analysis.
Description
Keywords
optické chytání, optická levitace, protiběžné svazky, laserem indukovaná desorpce, optický katapult, optický spin, nekonzervativní síla, optická vazba, odhad silového pole, optical trapping, optical levitation, counter-propagating beams, laser induced desorption, optical catapult, optical spin, non-conservative force, optical binding, force field estimation
Citation
SVAK, V. Dynamics of Microparticles Optically Trapped in Vacuum [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2022.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Fyzikální a materiálové inženýrství
Comittee
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (předseda)
prof. Mgr. Tomáš Čižmár, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Ivan Richter, Dr. (člen)
prof. RNDr. Jiří Petráček, Dr. (člen)
Date of acceptance
2022-09-20
Defence
Student v rámci svého PhD studia rozvinul techniku optického chytání ve vakuu. Provedl několik experimentů, které publikoval v prestižních vědeckých časopisech.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení