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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2022.tde-25032022-094817
Document
Author
Full name
Vinicius Soares de Angelis
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2022
Supervisor
Committee
Ambrosio, Leonardo André (President)
Gesualdi, Marcos Roberto da Rocha
Rached, Michel Zamboni
Title in Portuguese
Feixes microestruturados compostos de superposições contínuas de feixes de Bessel ideais de ordem arbitrária para aplicações em aprisionamento óptico
Keywords in Portuguese
Aprisionamento óptico
Feixes estruturados
Forças ópticas
Transferência de momento angular
Abstract in Portuguese
A utilização de feixes estruturados em sistemas de aprisionamento óptico tem possibilitado a obtenção de características inovadoras de manipulação óptica. Este trabalho lida com um feixe estruturado não difrativo construído por meio de uma superposição de feixes de Bessel ideais co-propagantes de mesma ordem, mesma frequência angular mas com diferentes ângulos de áxicon que ficou conhecida na literatura como Frozen wave. De carácter teórico-computacional, este trabalho teve como primeiro objetivo comparações gráficas de forças ópticas calculadas pelo método da expansão multipolar da força óptica truncado em termos de quadrupolo com a rigorosa e exata teoria generalizada de Lorenz-Mie para diferentes tipos de feixes incidentes sobre uma partícula esférica homogênea. Os resultados mostram que os dois métodos estão de acordo, sugerindo, portanto, que há uma conexão intrínseca entre eles. O segundo objetivo consistiu na análise de forças ópticas produzidas por uma superposição contínua de feixes de Bessel ideais de ordem arbitrária sobre partículas de Rayleigh. As simulações revelam que tal superposição, estruturada sobre distâncias longitudinais da ordem de dezenas de micrômetros, consegue aprisionar estavelmente partículas absortivas em três dimensões, além de permitir o aprisionamento destas partículas em múltiplos planos paralelos ao longo da direção de propagação e a transferência de momento angular orbital.
Title in English
Microstructured light beams composed of a continuous superposition of arbitrary order ideal Bessel beams for applications in optical trapping
Keywords in English
Optical trapping
Radiation forces
Structured beams
Transfer of angular momentum
Abstract in English
Structured light beams have been used in optical trapping systems allowing innovative functionalities to optical manipulation. This work deals with a nondiffracting strucutured beam composed of a superposition of ideal Bessel beams with the same order and angular frequency but with different axicon angles, known in the literature as Frozen wave. Being a computational and theoretical work, the first aim was to explore graphical comparisons of the radiation forces calculated via the multipole expansion of optical force up to quadrupole terms with the rigorous and exact generalized Lorenz-Mie theory for different incident beams on a homogeneous spherical particle. The results show a great agreement between both methods, thus suggesting an intrinsic connection between them. The second aim was to analyse optical forces produced by a continuous superposition of ideal Bessel beams with arbitrary order on Rayleigh particles. The simulations reveal that this superpostion when structured over longitudinal distances of tens of micrometers is able to stably trap absorptive particles in three dimensions, besides allowing trapping of these particles in multiple parallel planes along the propagation direction and the transfer of orbital angular momentum.
 
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Publishing Date
2022-03-25
 
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