Medición de la constante elástica k en un sistema de pinzas ópticas usando el método de densidad espectral de potencia
| Autor: | JUAN PABLO PADILLA MARTINEZ |
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| Přispěvatelé: | RUBEN RAMOS GARCIA, JULIO CESAR RAMIREZ SAN JUAN |
| Jazyk: | Spanish; Castilian |
| Rok vydání: | 2009 |
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| Zdroj: | Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica INAOE Repositorio Institucional del INAOE |
| Popis: | Optical tweezers are well suited to manipulate micron-sized particles and measure forces in the PicoNewton range. A bead in an optical tweezers is not completely immobile; there are thermal fluctuations that cause the bead to execute Brownian motion while trapped. Here we present an optical tweezers setup combined with quadrant photodiode position detection and we use the power spectral density method to measure the force exerted by an optical trap on a dielectric bead in a fluid. This stiffness is often found by fitting a Lorentzian to the power spectral density curves, obtained from the position detection signal of the bead trapped. The obtained results for the stiffness are around of 2.66 and 3.73 pN/μm for different laser powers (15 a 41 mW). There is a double interest to measure forces involved in Optical Tweezers. The first one concerns the physics of optical traps themselves in the sense of comparing experimental trapping forces with theoretically expected values. The other reason is more practical in the sense that for many applications an exact knowledge of the optical forces applied at the trapped particle is useful. Las pinzas ópticas son una herramienta conveniente para manipular partículas de tamaño micrométrico y medir las fuerzas involucradas en el sistema en picoNewtons. Una partícula en un sistema de pinzas ópticas no esta completamente inmóvil, existen fluctuaciones térmicas que producen que la partícula realice movimiento Browniano mientras es atrapada. En este trabajo presentamos un diseño experimental de pinzas ópticas combinado con un fotodiodo de cuadrante, para la medición de los desplazamientos de la partícula en la trampa óptica. Utilizamos el método de densidad espectral de potencia para medir la rigidez o constante elástica k de una pinza óptica, esta constante se determina ajustando una Lorentziana a las curvas de la densidad espectral de potencia, obtenidas del movimiento Browniano de la partícula. Los resultados obtenidos para la constante elástica estan en el intervalo de 2.66 a 3.73 pN/μm para potencias del láser entre 15 a 41 mW, bajo las condiciones descritas en este trabajo. Conociendo el valor de la constante elástica k y el desplazamiento x de la partícula, podemos conocer la fuerza aplicada por una pinza óptica sobre objetos micrométricos mediante la ley de Hooke. Existe un doble interés por medir la fuerza de atrapamiento; la primera, relaciona la física de la pinza óptica por sí misma, en el sentido de comparación de la fuerza experimental obtenida con el valor esperado teóricamente y la segunda razón es que para muchas aplicaciones se requiere un conocimiento exacto de la fuerza óptica aplicada a la partícula o molécula a estudiar. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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