Oscilación armónica en pinzas ópticas

Abstract

En 1970, Arthur Ashkin mostró que la luz láser puede afectar la dinámica de partículas, identificando dos fuerzas de radiación: una en la dirección del haz y otra perpendicular al gradiente de intensidad [1]. Ashkin usó esta última para atrapar microesferas de polietileno en una solución acuosa [2]. Este hecho marcó el inicio de lo que él llamó pinzas ópticas en 1986. Moviendo el haz o cambiando su intensidad, atrapó y manipuló partículas extremadamente pequeñas, permitiendo su estudio y análisis [3]. Se han perfeccionado técnicas para describir matemáticamente el atrapamiento óptico en movimiento. Para capturas individuales destacan la pinza de guiado óptico, la trampa de un solo haz, doble haz, levitación óptica y trampas acusto-ópticas [4], [5]. Para capturas múltiples, se usan trampas ópticas holográficas e interferométricas, que emplean patrones de luz para atrapar y manipular partículas microscópicas [6], [7]. Con estas variadas técnicas, se puede definir el comportamiento de un conjunto de partículas en un movimiento controlado. Estudios más recientes han demostrado que partículas pueden ser confinadas en potenciales armónicos, mostrando así una diversidad de variables de movimiento en el espacio [8]. Utilizando los conceptos de la óptica ondulatoria y la interacción cuántica luz materia, la teoría presentada en este trabajo nos ayuda a modelar y entender cómo una pinza óptica puede operar en un patrón oscilante. En este estudio, se ha usado un sistema interferométrico tipo Mach Zehnder que genera un patrón de intensidad gaussiano. En este patrón, partículas microscópicas son atrapadas en las franjas de intensidad gracias a las fuerzas de gradiente presentes. Además, el patrón de interferencia dinámico oscila armónicamente debido a un cambio de fase controlado en uno de los brazos del interferómetro. Esta modulación permite que las microesferas atrapadas sigan con precisión el movimiento de las franjas de intensidad. De igual manera se realizó una simulación del formalismo teórico el cual concuerda fielmente con las observaciones experimentales