Analysis of the Transverse Force in the Rayleigh and Mie Approximations for a Capture Beam TEM00 and TEM*01

Abstract

espanolLas pinzas opticas utilizan un rayo laser altamente enfocado para capturar y manipular objetos micro y nanometricos. Se ha demostrado que son un dispositivo prometedor para la investigacion de vanguardia en varios campos, como la microbiologia y la biofisica. La prediccion de las fuerzas opticas presentes en este fenomeno es un problema actual en continua evolucion. Ademas, el reciente uso de haces de vortice con propiedades exoticas como el momento angular orbital, con ventajas como la manipulacion rotacional de las microparticulas capturadas y la reduccion del dano optico en las muestras biologicas (Opticution), hace que el problema sea aun mas complejo. Se presentan expresiones matematicas en los regimenes de Rayleigh y Mie para la fuerza de radiacion sobre una esfera dielectrica capturada por los haces de los modos TEM00 y TEM*01. A continuacion se comparan los resultados teoricos con las mediciones experimentales obtenidas con un dispositivo de medicion directa de la fuerza basado en la deteccion del momento de la luz. EnglishOptical tweezers use a highly-focused laser beam to capture and manipulate micro- and nanometric objects. These have been demonstrated to be a promising devices for state-of-the-art research in several fields, such as microbiology and biophysics. The prediction of the optical forces that are present in this phenomenon is a current problem in continuous evolution. Additionally, the recent use of vortex beams with exotic properties as the orbital angular momentum, with advantages as the rotational manipulation of the captured microparticles and reduction of the optical damage in biological samples (Opticution), makes the problem even more complex. Mathematical expressions in the Rayleigh and Mie regimes for the radiation force on a dielectric sphere captured by TEM00 and TEM*01 mode beams are presented. Theoretical results are then compared with experimental measurements obtained with a direct force measurement device based on light-momentum detection.