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http://inaoe.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1009/648| Nuevas técnicas de micromanipulación en pinzas ópticas | |
| IBIS RICARDEZ VARGAS | |
| RUBEN RAMOS GARCIA KAREN PATRICIA VOLKE SEPULVEDA | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Particle traps Radiation presure Optical trapping Micromanipulation | |
| The content of this thesis deals totally with a frontier field in modern optics: optical
tweezers. These are tools for trapping and three-dimensional manipulation of microparticles
carried out only with a focused laser beam. The potential applications of this non-invasive
technique in many fields of science, have seen an biology, follow in accelerated increase due to a high degree of selectivity and control of the confined element which is in turn, the
object of study.
We begin with a revision of the background that step by step drove to the establishment
of the optical tweezers as we know them today, and some of the most outstanding
applications are also mentioned. Later on, the theoretical foundations of the optical
tweezers are presented and formally discussed. In this framework, the forces that explain
the optical trapping are described in each one of the three theoretical regimes developed so
far, relative to the relationship between the wavelength l of the trapping beam and the
diameter D of the particle (considered of spherical geometry), these are:: ray optics regime
for the case when D à l, Rayleigh regime for D á l, and the generalized Lorenz–Mie
regime when D ~ l which is a general case that operate for any relationship between D and
l, in particular for when D ~ l.
Experimental results that complement the theoretical scheme are presented for
dielectric microparticles of latex (Mie particles) of high refraction index (higher than that of
the surrounding medium), as well as for hollow spheres (sometimes considered as low index particles if their shell thickness is negligible). In the second case we observed two news effects: optical trapping and manipulation of low-index spheres in two dimensions in a conventional optical tweezers setup with a Gaussian beam, which is in contradiction with
previous arguments about the impossibility of trapping these spheres because they are in
general expelled from the high intensity regions and an effect of directional deviation of the
(incident) light beam from the latex-air interface of the particle due to total internal
reflection. The power of this intense beam that we have called micro-lighthouse of light, it
is such that it is able to push objects of their environment several dozens of microns due to
the effect of radiation pressure. Theoretical models of such experimental observations are
presented and discussed.
El contenido de esta tesis trata en su totalidad con un tema de frontera en la óptica moderna: las pinzas ópticas. Estas son herramientas de captura y manipulación tridimensional de micro-objetos llevada a cabo únicamente con luz láser focalizada. La extensión de potenciales aplicaciones de esta técnica no-invasiva en diversas disciplinas de la ciencia, principalmente en biología, va en acelerado aumento debido al alto grado de selectividad y control del elemento confinado que a la vez sirve como objeto de estudio. Iniciamos con una revisión de los antecedentes que paso a paso condujeron al establecimiento de las pinzas ópticas como las conocemos hoy en día, y algunas de las aplicaciones más relevantes son también mencionadas. Posteriormente, los fundamentos teóricos de las pinzas son presentados y discutidos formalmente. En este marco, las fuerzas que explican la captura óptica se describen en cada uno de los tres regímenes teóricos con los que contamos actualmente, relativos a la relación entre la longitud de onda l del haz de captura y el diámetro D de la partícula (considerada de geometría esférica), estos son: régimen de rayos ópticos para el caso en que D à l, régimen de Rayleigh para cuando D á l y el régimen generalizado de Lorenz-Mie el cual es un caso general que funciona para cualquier relación entre D y l, en particular para cuando D ~ l. Se presentan resultados experimentales que complementan el esquema teórico para micropartículas dieléctricas transparentes (con tamaños en el régimen de rayos, conocidas simplemente como partículas de Mie) de alto índice de refracción (mayor que el índice del medio de inmersión), así como de esferas huecas (a veces consideradas como de bajo índice si su espesor de cáscara es despreciable). En el segundo caso se observaron dos efectos novedosos: la captura bidimensional en un arreglo convencional de pinzas ópticas con haz Gaussiano –en contradicción a los argumentos acerca de la imposibilidad de captura debido a que las partículas de bajo índice son expulsadas de las regiones de máxima intensidad-, y un efecto de desviación direccional del haz de luz (incidente) por parte de la interfaz látexaire debido a reflexión total interna. La magnitud de dicho haz, que hemos llamado faro de luz, es tal que es capaz de empujar objetos de su entorno varias decenas de micras por efecto de la presión de radiación. Modelos teóricos de tales observaciones experimentales son presentados y discutidos. | |
| Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica | |
| 2007-10 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Estudiantes Investigadores Público en general | |
| Ricardez-Vargas I | |
| LÁSERES | |
| Versión aceptada | |
| acceptedVersion - Versión aceptada | |
| Aparece en las colecciones: | Doctorado en Óptica |
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