INTERFAZ GRAFICA PARA EL ANÁLISIS DE LAS FUERZAS DE CAPTURA EN UNA PINZA ÓPTICA USANDO LAS APROXIMACIONES DE RAYLEIGH Y MIE

En este trabajo se desarrolla una Interfaz Gráfica de Usuario en el software MATLAB,  que facilita el análisis de las fuerzas de la luz responsables de la captura de esferas dieléctricas con una pinza óptica tipo gradiente, y que implementa los “Métodos aproximados”, en particular: el “Método Dipolar de Rayleigh” que usa ecuaciones de la electrodinámica para modelar el comportamiento de las fuerzas de captura y el “Método de Rayos Ópticos” que usa la óptica geométrica, permitiendo por medio de ecuaciones sencillas, obtener una aproximación al comportamiento de las fuerzas de captura..Palabras Clave: Pinza óptica, régimen de Rayleigh, régimen de Mie, fuerza de gradiente, fuerza de Scattering

Análisis de la fuerza transversal en las aproximaciones de Rayleigh y Mie para un rayo de captura TEM00 y TEM*01

Optical tweezers use a highly-focused laser beam to capture and manipulate micro- and nanometric objects. These have been demonstrated to be a promising devices for state-of-the-art research in several fields, such as microbiology and biophysics. The prediction of the optical forces that are present in this phenomenon is a current problem in continuous evolution. Additionally, the recent use of vortex beams with exotic properties as the orbital angular momentum, with advantages as the rotational manipulation of the captured microparticles and reduction of the optical damage in biological samples (Opticution), makes the problem even more complex.  Mathematical expressions in the Rayleigh and Mie regimes for the radiation force on a dielectric sphere captured by TEM00 and TEM*01 mode beams are presented. Theoretical results are then compared with experimental measurements obtained with a direct force measurement device based on light-momentum detection.Las pinzas ópticas utilizan un rayo láser altamente enfocado para capturar y manipular objetos micro y nanométricos. Se ha demostrado que son un dispositivo prometedor para la investigación de vanguardia en varios campos, como la microbiología y la biofísica. La predicción de las fuerzas ópticas presentes en este fenómeno es un problema actual en continua evolución. Además, el reciente uso de haces de vórtice con propiedades exóticas como el momento angular orbital, con ventajas como la manipulación rotacional de las micropartículas capturadas y la reducción del daño óptico en las muestras biológicas (Opticution), hace que el problema sea aún más complejo. Se presentan expresiones matemáticas en los regímenes de Rayleigh y Mie para la fuerza de radiación sobre una esfera dieléctrica capturada por los haces de los modos TEM00 y TEM*01. A continuación se comparan los resultados teóricos con las mediciones experimentales obtenidas con un dispositivo de medición directa de la fuerza basado en la detección del momento de la luz

Radiation forces study of a Laguerre Gaussian beam type TEM∗01 on a dielectric sphere in the Rayleigh scattering regime

From the invention of the Optical Tweezer (OT) in 1986, these devices have been considered as high-level tools for research in the areas such as biology and microbiology. A theoretical study obtaining equations for gradient and scattering forces that exert an OT when the illumination beam is a doughnut-shaped mode ??????01 ∗ linearly polarized is realized. This work focuses on the behavior of radiation forces on a dielectric sphere in the Rayleigh regime. In order to facilitate the phenomenological analysis of the behavior of the radiation forces a graphical user interface is createdA partir de la invención de la pinza óptica en 1986, estos dispositivos se han considerado como herramientas de alto nivel para la investigación, destacándose en áreas como la biología y la microbiología. En este trabajo se realiza un estudio teórico, obteniendo expresiones para las fuerzas de Gradiente y Scattering que ejerce una pinza óptica, cuando el haz de iluminación es un modo doughnutshaped tipo ??????01 ∗ polarizado linealmente. Este trabajo se enfoca en calcular el comportamiento de las fuerzas de la radiación sobre una esfera dieléctrica en el régimen de Rayleigh. Con el fin de facilitar el análisis fenomenológico del comportamiento de las fuerzas de captura, se construye una Interfaz Gráfica de Usuari

Analysis of the Transverse Force in the Rayleigh and Mie Approximations for a Capture Beam TEM00 and TEM*01

Optical tweezers use a highly-focused laser beam to capture and manipulate micro- and nanometric objects. These have been demonstrated to be a promising devices for state-of-the-art research in several fields, such as microbiology and biophysics. The prediction of the optical forces that are present in this phenomenon is a current problem in continuous evolution. Additionally, the recent use of vortex beams with exotic properties as the orbital angular momentum, with advantages as the rotational manipulation of the captured microparticles and reduction of the optical damage in biological samples (Opticution), makes the problem even more complex.  Mathematical expressions in the Rayleigh and Mie regimes for the radiation force on a dielectric sphere captured by TEM00 and TEM*01 mode beams are presented. Theoretical results are then compared with experimental measurements obtained with a direct force measurement device based on light-momentum detection.Las pinzas ópticas utilizan un rayo láser altamente enfocado para capturar y manipular objetos micro y nanométricos. Se ha demostrado que son un dispositivo prometedor para la investigación de vanguardia en varios campos, como la microbiología y la biofísica. La predicción de las fuerzas ópticas presentes en este fenómeno es un problema actual en continua evolución. Además, el reciente uso de haces de vórtice con propiedades exóticas como el momento angular orbital, con ventajas como la manipulación rotacional de las micropartículas capturadas y la reducción del daño óptico en las muestras biológicas (Opticution), hace que el problema sea aún más complejo. Se presentan expresiones matemáticas en los regímenes de Rayleigh y Mie para la fuerza de radiación sobre una esfera dieléctrica capturada por los haces de los modos TEM00 y TEM*01. A continuación se comparan los resultados teóricos con las mediciones experimentales obtenidas con un dispositivo de medición directa de la fuerza basado en la detección del momento de la luz