|
|
Optická levitace dielektrických objektů v externím elektrickém poli
Zemánková, Tereza ; Flajšmanová,, Jana (oponent) ; Svak, Vojtěch (vedoucí práce)
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.
|
|
|
Optical Micromanipulation Techniques Combined with Microspectroscopic Methods
Pilát, Zdeněk ; Prášil,, Ondřej (oponent) ; Mojzeš, Peter (oponent) ; Zemánek, Pavel (vedoucí práce)
The subject of the presented Ph.D. thesis is a combination of optical micromanipulation and microspectroscopic methods. We used laser tweezers to transport and sort various living microorganisms, such as microalgal or yeast cells. We employed Raman microspectroscopy to analyze chemical composition of individual cells and we used the information about chemical composition to automatically select the cells of interest. We combined pulsed amplitude modulation fluorescence microspectroscopy, optical micromanipulation and other techniques to map the stress response of cells to various laser wavelengths, intensities and durations of optical trapping. We fabricated microfluidic chips of various designs and we constructed Raman-tweezers sorter of micro-objects such as living cells on a microfluidic platform.
|
|
|
Dvoufotonová fotopolymerace více laserovými svazky
Skalický, Jiří ; Pilát,, Zdeněk (oponent) ; Jákl,, Petr (vedoucí práce)
Fotopolymerace je technika používaná pro vytváření povrchových struktur nebo mikroobjektů z fotorezistu. Tento proces je iniciován ozářením vzorku světlem s vlnovou délkou, kterou materiál absorbuje. Po iniciaci je vzorek zpracován podle typu fotorezistu – zahřátím, ošetřením vývojkou nebo omytím neozářeného rezistu příslušným činidlem. K iniciaci lze použít zaostřeného svazku femtosekundového laseru s dvojnásobnou vlnovou délkou. Díky krátké délce pulzu s velkou hustotou fotonů dojde k dvoufotonové absorpci, která ovlivní pouze blízké okolí ohniska svazku. Rozlišení se tak zvýší a detaily mohou dosahovat velikosti v řádu desetiny mikrometru. Navíc se tímto způsobem zahřeje velmi malá oblast vzorku a minimalizuje se tak riziko nevyžádané iniciace tepelnými vlivy. Modelování větších struktur složených z malých detailů technikou dvoufotonové fotopolymerace je časově velmi náročné. Optickou sestavu jsme proto rozšířili o prostorový modulátor světla (SLM), který rozdělí dopadající záření na několik svazků pomocí dynamických počítačem generovaných hologramů. Polymerace tedy může být provedena více ohnisky současně, což se dá využít při tvorbě jednotlivých mikročástic i při polymerování periodických povrchových struktur. Dalším urychlením procesu může být nahrazení statického uspořádání vyžadujícího výměnu vzorku po každé expozici experimentem kontinuálním, u kterého k fotopolymeraci dochází v mikrofluidním kanálku se stálým přívodem fotorezistu do aktivní oblasti vzorku.
|
|
|
Behaviour of Objects in Structured Light Fields and Low Pressures
Flajšmanová, Jana ; Čižmár, Tomáš (oponent) ; Marago, Onofrio (oponent) ; Zemánek, Pavel (vedoucí práce)
A deeper understanding of behaviour of optically trapped particles reveals underlying physical phenomena arising from the light-matter interaction. We present an explanation of the enhancement of the pulling force acting on optically bound particles in the structured optical field, so--called tractor beam. It is demonstrated that the motion of two optically bound objects in a tractor beam strongly depends on their mutual distance and spatial orientation, which adds an extra flexibility to our ability to control matter with light.\newline Subsequently, the thesis is focused on the optical levitation of a particle in a vacuum. We propose a novel methodology for a characterization of properties of a weakly nonlinear Duffing oscillator represented by an optically levitated nanoparticle. The method is based on averaging recorded trajectories with defined initial positions in the phase space of nanoparticle position and momentum and provides us with the oscillator parameters directly from the recorded motion. Our innovative approach is compared with the commonly used power--spectral--density fitting, and exploiting numerical simulations, we show its applicability even at lower pressures where the nonlinearity starts to play a~significant role.
|
|
|
Dynamics of Microparticles Optically Trapped in Vacuum
Svak, Vojtěch ; Čižmár, Tomáš (oponent) ; Marago, Onofrio (oponent) ; Brzobohatý, Oto (vedoucí práce)
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.
|
|
|
Behaviour of Objects in Structured Light Fields and Low Pressures
Flajšmanová, Jana ; Čižmár, Tomáš (oponent) ; Marago, Onofrio (oponent) ; Zemánek, Pavel (vedoucí práce)
A deeper understanding of behaviour of optically trapped particles reveals underlying physical phenomena arising from the light-matter interaction. We present an explanation of the enhancement of the pulling force acting on optically bound particles in the structured optical field, so--called tractor beam. It is demonstrated that the motion of two optically bound objects in a tractor beam strongly depends on their mutual distance and spatial orientation, which adds an extra flexibility to our ability to control matter with light.\newline Subsequently, the thesis is focused on the optical levitation of a particle in a vacuum. We propose a novel methodology for a characterization of properties of a weakly nonlinear Duffing oscillator represented by an optically levitated nanoparticle. The method is based on averaging recorded trajectories with defined initial positions in the phase space of nanoparticle position and momentum and provides us with the oscillator parameters directly from the recorded motion. Our innovative approach is compared with the commonly used power--spectral--density fitting, and exploiting numerical simulations, we show its applicability even at lower pressures where the nonlinearity starts to play a~significant role.
|
|
|
Optická levitace dielektrických objektů v externím elektrickém poli
Zemánková, Tereza ; Flajšmanová,, Jana (oponent) ; Svak, Vojtěch (vedoucí práce)
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.
|
|
|
Dvoufotonová fotopolymerace více laserovými svazky
Skalický, Jiří ; Pilát,, Zdeněk (oponent) ; Jákl,, Petr (vedoucí práce)
Fotopolymerace je technika používaná pro vytváření povrchových struktur nebo mikroobjektů z fotorezistu. Tento proces je iniciován ozářením vzorku světlem s vlnovou délkou, kterou materiál absorbuje. Po iniciaci je vzorek zpracován podle typu fotorezistu – zahřátím, ošetřením vývojkou nebo omytím neozářeného rezistu příslušným činidlem. K iniciaci lze použít zaostřeného svazku femtosekundového laseru s dvojnásobnou vlnovou délkou. Díky krátké délce pulzu s velkou hustotou fotonů dojde k dvoufotonové absorpci, která ovlivní pouze blízké okolí ohniska svazku. Rozlišení se tak zvýší a detaily mohou dosahovat velikosti v řádu desetiny mikrometru. Navíc se tímto způsobem zahřeje velmi malá oblast vzorku a minimalizuje se tak riziko nevyžádané iniciace tepelnými vlivy. Modelování větších struktur složených z malých detailů technikou dvoufotonové fotopolymerace je časově velmi náročné. Optickou sestavu jsme proto rozšířili o prostorový modulátor světla (SLM), který rozdělí dopadající záření na několik svazků pomocí dynamických počítačem generovaných hologramů. Polymerace tedy může být provedena více ohnisky současně, což se dá využít při tvorbě jednotlivých mikročástic i při polymerování periodických povrchových struktur. Dalším urychlením procesu může být nahrazení statického uspořádání vyžadujícího výměnu vzorku po každé expozici experimentem kontinuálním, u kterého k fotopolymeraci dochází v mikrofluidním kanálku se stálým přívodem fotorezistu do aktivní oblasti vzorku.
|
|
|
Optical Micromanipulation Techniques Combined with Microspectroscopic Methods
Pilát, Zdeněk ; Prášil,, Ondřej (oponent) ; Mojzeš, Peter (oponent) ; Zemánek, Pavel (vedoucí práce)
The subject of the presented Ph.D. thesis is a combination of optical micromanipulation and microspectroscopic methods. We used laser tweezers to transport and sort various living microorganisms, such as microalgal or yeast cells. We employed Raman microspectroscopy to analyze chemical composition of individual cells and we used the information about chemical composition to automatically select the cells of interest. We combined pulsed amplitude modulation fluorescence microspectroscopy, optical micromanipulation and other techniques to map the stress response of cells to various laser wavelengths, intensities and durations of optical trapping. We fabricated microfluidic chips of various designs and we constructed Raman-tweezers sorter of micro-objects such as living cells on a microfluidic platform.
|
host ::
RSS.