|
|
Optical levitation of dielectric objects in an external electric field
Zemánková, Tereza ; Flajšmanová,, Jana (referee) ; Svak, Vojtěch (advisor)
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.
|
|
|
Optical Micromanipulation Techniques Combined with Microspectroscopic Methods
Pilát, Zdeněk ; Prášil,, Ondřej (referee) ; Mojzeš, Peter (referee) ; Zemánek, Pavel (advisor)
Předložená dizertační práce se zabývá kombinací optických mikromanipulací s mikrospektroskopickými metodami. Využili jsme laserovou pinzetu pro transport a třídění živých mikroorganismů, například jednobuněčných řas, či kvasinek. Ramanovskou spektroskopií jsme analyzovali chemické složení jednotlivých buněk a tyto informace jsme využili k automatické selekci buněk s vybranými vlastnostmi. Zkombinovali jsme pulsní amplitudově modulovanou fluorescenční mikrospektroskopii, optické mikromanipulace a jiné techniky ke zmapování stresové odpovědi opticky zachycených buněk při různých časech působení, vlnových délkách a intenzitách chytacího laseru. Vyrobili jsme různé typy mikrofluidních čipů a zkonstruovali jsme Ramanovu pinzetu pro třídění mikro-objektů, především živých buněk, v mikrofluidním prostředí.
|
|
|
Two-photon photopolymerization with multiple laser beams
Skalický, Jiří ; Pilát,, Zdeněk (referee) ; Jákl,, Petr (advisor)
Photopolymerization is a technique used to create surface structures or microobjects from a photoresist. This process is started by illuminating the sample with a light of proper wavelength absorbed by the resist. After exposure, the sample is processed according to the type of the photoresist – be it heating, treating with developer or just washing the unaffected monomer with some reagent. Focused femtosecond laser beam with double wavelength can be used in the process. Short pulse length with high photon density starts two-photon absorption localized in the vicinity of focal point. The method resolution is thus increased and details with 1/10 micrometer size can be created. Moreover, very short laser pulse decreases the heat affected zone and the risk of thermal initiation is minimized. Manufacturing of larger structures composed of tiny details with two-photon photopolymerization is time-demanding process. Therefore, we have complemented the optical setup with spatial light modulator (SLM), which splits the incoming laser beam into several beams with holograms dynamically generated by a computer. Polymerization can be thus performed by multiple foci simultaneously which can be used to create separated microparticles or periodical surface structures. Additional speed improvement of the process can be substitution of static configuration, requiring sample replacement after each exposition, with continuous setup using microfluidic channel steadily supplied with photoresist transported to the active region of the sample.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Optical levitation of dielectric objects in an external electric field
Zemánková, Tereza ; Flajšmanová,, Jana (referee) ; Svak, Vojtěch (advisor)
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Two-photon photopolymerization with multiple laser beams
Skalický, Jiří ; Pilát,, Zdeněk (referee) ; Jákl,, Petr (advisor)
Photopolymerization is a technique used to create surface structures or microobjects from a photoresist. This process is started by illuminating the sample with a light of proper wavelength absorbed by the resist. After exposure, the sample is processed according to the type of the photoresist – be it heating, treating with developer or just washing the unaffected monomer with some reagent. Focused femtosecond laser beam with double wavelength can be used in the process. Short pulse length with high photon density starts two-photon absorption localized in the vicinity of focal point. The method resolution is thus increased and details with 1/10 micrometer size can be created. Moreover, very short laser pulse decreases the heat affected zone and the risk of thermal initiation is minimized. Manufacturing of larger structures composed of tiny details with two-photon photopolymerization is time-demanding process. Therefore, we have complemented the optical setup with spatial light modulator (SLM), which splits the incoming laser beam into several beams with holograms dynamically generated by a computer. Polymerization can be thus performed by multiple foci simultaneously which can be used to create separated microparticles or periodical surface structures. Additional speed improvement of the process can be substitution of static configuration, requiring sample replacement after each exposition, with continuous setup using microfluidic channel steadily supplied with photoresist transported to the active region of the sample.
|
|
|
Optical Micromanipulation Techniques Combined with Microspectroscopic Methods
Pilát, Zdeněk ; Prášil,, Ondřej (referee) ; Mojzeš, Peter (referee) ; Zemánek, Pavel (advisor)
Předložená dizertační práce se zabývá kombinací optických mikromanipulací s mikrospektroskopickými metodami. Využili jsme laserovou pinzetu pro transport a třídění živých mikroorganismů, například jednobuněčných řas, či kvasinek. Ramanovskou spektroskopií jsme analyzovali chemické složení jednotlivých buněk a tyto informace jsme využili k automatické selekci buněk s vybranými vlastnostmi. Zkombinovali jsme pulsní amplitudově modulovanou fluorescenční mikrospektroskopii, optické mikromanipulace a jiné techniky ke zmapování stresové odpovědi opticky zachycených buněk při různých časech působení, vlnových délkách a intenzitách chytacího laseru. Vyrobili jsme různé typy mikrofluidních čipů a zkonstruovali jsme Ramanovu pinzetu pro třídění mikro-objektů, především živých buněk, v mikrofluidním prostředí.
|
guest ::
