Optical trapping with vortex beams: modeling of experimental settings through multipolar decomposition

• Autores: Iker Gómez Viloria
• Directores de la Tesis: Gabriel Molina Terriza (dir. tes.), Nerea Zabala Unzalu (tut. tes.)
• Lectura: En la Universidad del País Vasco - Euskal Herriko Unibertsitatea ( España ) en 2025
• Idioma: inglés
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física de Nanoestructuras y Materiales Avanzados/Physics of Nanostructures and Advanced Materials por la Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: ADDI
• Resumen

  • Esta tesis presenta una investigación exhaustiva sobre el atrapamiento óptico centrado de partículas esféricas mediante vórtices de luz láser, combinando resultados experimentales y numéricos. Para ello, he construido un sistema adaptable de pinzas ópticas, que permite la generación controlada de trampas ópticas de tipo Laguerre-Gauss (LG) con helicidad bien definida, así como la medición de la constante de rigidez de la trampa. Esta tesis también introduce un método novedoso para calcular las fuerzas ópticas ejercidas sobre partículas esféricas por haces LG focalizados. Mediante la integración del Tensor de Estrés de Maxwell (MST) y la expansión multipolar en la base de helicidad bien definida de los campos de luz, se derivan expresiones analíticas para fuerzas y torques ópticos, que se presentan en esta tesis. Este método se basa en descripciones matemáticas casi exactas de modos LG focalizados, lo que proporciona un procedimiento fiable y eficiente para calcular fuerzas ópticas, además de aportar ciertos conceptos intuitivos sobre las simetrías del haz y su momento angular. Además, esta tesis presenta el software de código abierto Multipolar Optical Forces Toolbox (MOFT), que constituye una potente herramienta computacional para el estudio de sistemas de atrapamiento óptico, permitiendo calcular posiciones de equilibrio, parámetros dinámicos y distribuciones de campo electromagnético de trampas ópticas LG con partículas esféricas. Mediante la integración de experimentos, análisis teóricos y simulaciones numéricas, esta tesis ofrece una nueva y completa perspectiva de las fuerzas y torques ópticos en trampas ópticas LG. Este trabajo también proporciona herramientas prácticas para el diseño y análisis de trampas ópticas LG, contribuyendo al amplio campo de la manipulación óptica y aportando nuevas herramientas a futuras investigaciones que utilicen haces estructurados en experimentos de atrapamiento óptico