Piège optique Chargement de Dielectric Microparticules Dans Air

Haesung Park; Thomas W. LeBrun

doi:10.3791/54862

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Article de méthode

Piège optique Chargement de Dielectric Microparticules Dans Air

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DOI :

10.3791/54862

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5 février 2017

Haesung Park¹ , Thomas W. LeBrun¹

¹Physical Measurement Laboratory, National Institute of Standards and Technology

Dans cet article

Résumé

Un protocole pour le lancement et le piégeage stable de microparticules diélectriques sélectionnées dans l’air est présenté.

Résumé

Nous démontrons une méthode pour piéger une microparticule diélectrique sélectionnée dans l’air en utilisant la pression de rayonnement d’un piège optique à gradient à faisceau unique. Des microparticules diélectriques diffusées de manière aléatoire et collant à un substrat de verre sont momentanément détachées à l’aide de vibrations ultrasonores générées par un transducteur piézoélectrique (PZT). Ensuite, le faisceau optique focalisé sur une particule sélectionnée la soulève jusqu’au piège optique tandis que les microparticules excitées par les vibrations retombent sur le substrat. Une particule peut être piégée au foyer nominal du faisceau de piégeage ou à une position au-dessus du foyer (appelée ici position de lévitation) où la gravité fournit la force de rappel. Après la mesure, la particule piégée peut être placée à la position souhaitée sur le substrat de manière contrôlée.

Dans ce protocole, une procédure expérimentale de chargement sélectif de pièges optiques dans l’air est décrite. Tout d’abord, le dispositif expérimental est brièvement présenté. Deuxièmement, la conception et la fabrication d’un support PZT et d’un boîtier d’échantillon sont illustrées en détail. La charge du piège optique d’une microparticule sélectionnée est ensuite démontrée à l’aide d’instructions étape par étape, notamment la préparation de l’échantillon, le lancement dans le piège et l’utilisation de la force électrostatique pour exciter le mouvement des particules dans le piège et mesurer la charge. Enfin, nous présentons les trajectoires enregistrées des mouvements browniens et balistiques d’une microparticule piégée dans l’air. Ces trajectoires peuvent être utilisées pour mesurer la rigidité ou pour vérifier l’alignement optique grâce à l’analyse dans le domaine temporel et le domaine fréquentiel. Le chargement sélectif par piège permet à la pince optique de suivre de manière réversible une particule et ses modifications au cours de charges de piège répétées, ce qui permet d’étudier l’interaction particule-surface.

Introduction

Ashkin a rapporté l'accélération et le piégeage des microparticules par la pression de radiation en 1970. ¹ Son roman réalisation favorisé le développement des techniques de piégeage optique comme outil principal pour les études fondamentales de la physique et de la biophysique. ^{^2,} ^{^3,} ^{^4,} ⁵ A ce jour, l'application de piégeage optique a porté principalement sur les environnements liquides, et ont été utilisés pour étudier une très large gamme de systèmes, du comportement des colloïdes aux propriétés mécaniques....