RT info:eu-repo/semantics/bachelorThesis
T1 Optical levitation of transparent microspheres
A1 García Alonso, María
K1 Microspheres
K1 pump laser
K1 neutral density filter
K1 thermal lensing
K1 power spectrum
AB El objetivo del presente trabajo fue el estudio del funcionamiento de una trampaóptica. Para ello, con la utilización de un láser de Titanio-Zafiro, bombeado por un láserDPSSL de 532 nm, se logra levitar una microesfera de sílice en una cavidad debido a lasfuerzas de presión de radiación. Las fuerzas ejercidas sobre la microesfera son la fuerzade gradiente y la fuerza de scattering. La fuerza de scattering tiene como dirección ladirección de propagación del haz y la fuerza de gradiente apunta transversalmente haciala región de alta intensidad del haz.Además de los dos láseres mencionados, otros materiales necesarios para larealización del estudio fueron: un filtro de densidad neutra gracias al cual a pesar deutilizar el láser a alta potencia (donde fluctúa menos) se logra la potencia correcta en latrampa, un fotodiodo conectado a un osciloscopio; un par de espejos para redireccionarel haz láser y el sistema de la trampa óptica.Para poder realizar la captura de la microesfera es necesario alinear,previamente. los elementos del banco óptico, para que el haz del láser pase de formaperpendicular a la mesa al atravesar la cavidad donde se vierten las microesferas en secocon la ayuda de una pipeta. Se intenta, a la hora de soltarlas, hacerlo de forma que pasenpor el spot del láser (donde focaliza) ya que es ahí donde se confinan.Así mismo, para poder observar la captura de las microesferas es necesariofocalizar con anterioridad, en el spot, la cámara utilizada para las grabaciones delmovimiento de la muestra. Como último preparativo antes de la realización delexperimento, hay que maximizar la salida del láser Ti:Sapp con el movimientocontrolado de los espejos internos del mismo; este proceso debe repetirse al comienzode cada sesión de laboratorio.Una vez preparado el lugar de trabajo se realizan varios vídeos de la microesferalevitando para cada potencia del láser de bombeo, así como la grabación en elosciloscopio de la intensidad del láser. Esto último se logra conectando un fotodiodo,sobre el que incide una reflexión del haz láser causada por el filtro de densidad neutrasituado en el banco óptico, al osciloscopio.Dado que el objetivo era el estudio de la relación entre las oscilaciones de laposición de la muestra y las fluctuaciones del láser, se realizaron manipulaciones de losdatos obtenidos en el laboratorio para poder trabajar con ello. En el caso de los vídeosde la microesfera, primeramente, fueron tratados con el software “Avi Converter”, paradividirlos en fotogramas y obtener así una imagen de la microesfera cada ciertointervalo de tiempo; posteriormente, con un programa en Mathematica, se obtuvieronlas coordenadas de la posición de la microesfera para cada uno de los fotogramasanteriores. Para el caso de los datos de intensidad obtenidos con el osciloscopio seutiliza la relación entre los voltajes proporcionados por el osciloscopio y la potencia delláser de bombeo, así como la relación de la potencia del láser tras el filtro y de lapotencia del láser de bombeo, para terminar obteniendo de los voltajes dados la potenciadel láser en la trampa óptica.Al representar los datos de posición de la microesfera según las distintaspotencias del láser de bombeo se observó que presentaban una cierta inclinación debidoa que la cámara, en el momento de las grabaciones, presentaba una rotación hacia unlateral. Por ello se seleccionó un eje para establecer el ángulo de inclinación de los datosy poder rotarlos. Solventada dicha desfiguración de los datos se pudo ver en que, apartir de una cierta potencia del láser de bombeo, las posiciones de la microesferadejaban de estar concentradas en una zona y presentaban una distribución elíptica. Paraestablecer si este hecho era producto de las fluctuaciones del láser se procedió a realizarun análisis del espectro de potencias de los datos.El espectro de potencias de una señal proporciona el número de veces que dichaseñal oscila por segundo. Al aplicar el espectro sobre los datos de posición en eje X e Ypor separado y sobre los de la potencia del láser en la trampa, se observó que solo losdatos del eje Y obtenidos a baja potencia del láser de bombeo presentaban un patrón deoscilación similar al del láser en la trampa, por lo que las fluctuaciones del láser no sonlas responsables de la anómala situación. Esto lleva a pensar que esta dispersión de laposición de la microesfera en suspensión se deba a un cambio en las propiedades delláser en la cavidad, producido por el efecto de lente térmica en el filtro de densidadneutra. Dicho efecto provoca un cambio en el índice de refracción del material, debido aque este presenta un gradiente de temperatura al haber absorbido parcialmente el hazláser. No se pudo concluir si este efecto era el único causante o si el filtro presentabadicho efecto al faltar datos para realizar el cálculo.De las representaciones gráficas del espectro también se puede concluir que,cuanto mayor es la potencia del láser de bombeo, menos oscilaciones de la posición porsegundo presenta la microesfera pero que la amplitud de esa oscilación para el eje Yaumenta.Los datos obtenidos en el presente trabajo permiten abrir nuevos frentes deestudio, para comprender qué características del haz láser producen esta alteración delos datos, así como ver cómo afectan estas a las fuerzas de scattering y gradiente,generadoras de la captura de la microesfera.
YR 2021
FD 2021
LK http://riull.ull.es/xmlui/handle/915/24099
UL http://riull.ull.es/xmlui/handle/915/24099
LA es
DS Repositorio institucional de la Universidad de La Laguna
RD 09-nov-2024