Optická levitace dielektrických objektů v externím elektrickém poli

Abstract

Bakalářská práce se zabývá optickou levitací dielektrické mikročástice ve vakuu a jejím vychylováním vnějším elektrickým polem. V teoretické části je matematicky popsán laserový svazek, ve kterém se stabilně zachytává částice. Následně je vysvětlena podstata optického chytání, zachycení částice a jsou představeny nejběžnější experimentální geometrie optických pastí - protiběžné svazky, optická levitace a optická pinzeta. Protože zachycená částice se chová velmi podobně jako harmonický oscilátor buzený bílým šumem, tak v závěru teoretické části jsou uvedeny pohybové rovnice částice a jejich řešení pro různé případy, včetně Langevinovy pohybové rovnice. V experimentální části jsou popsány dvě experimentální aparatury, na jejichž sestavení jsem se podílela. V závěru jsou uvedeny výsledky dvou hlavních provedených experimentů - vychylování zachycené částice externím elektrickým polem včetně určení jejího náboje, buzení částice řízeným bílým šumem a určení efektivní teploty stochastického pohybu částice.The bachelor's thesis deals with the optical levitation of a dielectric microparticle in vacuum and its displacement by an external electric field. The theoretical part mathematically describes the laser beam, in which particles are stably trapped. Subsequently, the principles of optical trapping, particle confinement and the most common experimental geometries of optical traps, e.g. counter-propagating beams, optical levitation and optical tweezers, are introduced. Because the trapped particle behaves very similarly to a harmonic oscillator excited by white noise, at the end of the theoretical part there are presented the equations of motion of the particle and their solutions for various cases, including Langevin equation of motion. The experimental part describes two experimental setups, in the assembly of which I participated. In the last part results of two main experiments are presented - displacement of the trapped particle by an external electric field, including determination of its charge, driving the particle by controlled white noise and determination of the effective temperature of stochastic motion of the particle.