|
|
Behaviour of Objects in Structured Light Fields and Low Pressures
Flajšmanová, Jana ; Čižmár, Tomáš (referee) ; Marago, Onofrio (referee) ; Zemánek, Pavel (advisor)
Studium chování opticky zachycených částic nám umožňuje porozumět základním fyzikálním jevům plynoucím z interakce světla a hmoty. Předkládaná práce podává vysvětlení zesílení tažné síly působící na opticky svázané částice ve strukturovaném světelném poli, tzv. tažném svazku. Ukazujeme, že pohyb dvou opticky svázaných objektů v tažném svazku je silně závislý na jejich vzájemné vzdálenosti a prostorové orientaci, což rozšiřuje možnosti manipulace hmoty pomocí světla. Následně se práce zaměřuje na levitaci opticky zachycených částic ve vakuu. Představujeme novou metodologii na charakterizaci vlastností slabě nelinearního Duffingova oscilátoru reprezentovaného opticky levitující částicí. Metoda je založena na průměrování trajektorií s určitou počáteční pozicí ve fázovém prostoru sestávajícím z polohy a rychlosti částice a poskytuje informaci o parametrech oscilátoru přímo ze zaznamenaného pohybu. Náš inovativní postup je srovnán s běžně užívanou metodou založenou na analýze spektrální hustoty polohy částice a za využití numerických simulací ukazujeme její použitelnost i v nízkých tlacích, kde nelinearita hraje významnou roli.
|
|
|
Cooling of thermal motion of optically levitated nanoobjects
Zemánková, Tereza ; Flajšmanová, Jana (referee) ; Jonáš, Alexandr (advisor)
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.
|
|
|
Dynamics of Microparticles Optically Trapped in Vacuum
Svak, Vojtěch ; Čižmár, Tomáš (referee) ; Marago, Onofrio (referee) ; Brzobohatý, Oto (advisor)
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.
|
|
|
Behaviour of Objects in Structured Light Fields and Low Pressures
Flajšmanová, Jana ; Čižmár, Tomáš (referee) ; Marago, Onofrio (referee) ; Zemánek, Pavel (advisor)
Studium chování opticky zachycených částic nám umožňuje porozumět základním fyzikálním jevům plynoucím z interakce světla a hmoty. Předkládaná práce podává vysvětlení zesílení tažné síly působící na opticky svázané částice ve strukturovaném světelném poli, tzv. tažném svazku. Ukazujeme, že pohyb dvou opticky svázaných objektů v tažném svazku je silně závislý na jejich vzájemné vzdálenosti a prostorové orientaci, což rozšiřuje možnosti manipulace hmoty pomocí světla. Následně se práce zaměřuje na levitaci opticky zachycených částic ve vakuu. Představujeme novou metodologii na charakterizaci vlastností slabě nelinearního Duffingova oscilátoru reprezentovaného opticky levitující částicí. Metoda je založena na průměrování trajektorií s určitou počáteční pozicí ve fázovém prostoru sestávajícím z polohy a rychlosti částice a poskytuje informaci o parametrech oscilátoru přímo ze zaznamenaného pohybu. Náš inovativní postup je srovnán s běžně užívanou metodou založenou na analýze spektrální hustoty polohy částice a za využití numerických simulací ukazujeme její použitelnost i v nízkých tlacích, kde nelinearita hraje významnou roli.
|
|
|
Orbital motion from optical spin: the extraordinary momentum of circularly polarized light beams
Svak, Vojtěch ; Brzobohatý, Oto ; Šiler, Martin ; Jákl, Petr ; Zemánek, Pavel ; Simpson, Stephen Hugh
We provide a vivid demonstration of the mechanical effect of transverse spin momentum in an\noptical beam in free space. This component of the Poynting momentum was previously thought\nto be virtual, and unmeasurable. Here, its effect is revealed in the inertial motion of a probe\nparticle in a circularly polarized Gaussian trap, in vacuum. Transverse spin forces combine with\nthermal fluctuations to induce a striking range of non-equilibrium phenomena. With increasing\nbeam power we observe (i) growing departures from energy equipartition, (ii) the formation of\ncoherent, thermally excited orbits and, ultimately, (iii) the ejection of the particle from the trap.\nOur results complement and corroborate recent measurements of spin momentum in evanescent\nwaves, and extend them to a new geometry, in free space. In doing so, we exhibit fundamental,\ngeneric features of the mechanical interaction of circularly polarized light with matter. The work\nalso shows how observations of the under-damped motion of probe particles can provide detailed\ninformation about the nature and morphology of momentum flows in arbitrarily structured light\nfields as well as providing a test bed for elementary non-equilibrium statistical mechanics.
|
guest ::
