diff --git a/chapters/2-methods.tex b/chapters/2-methods.tex index 886a6f7..8a08ffe 100644 --- a/chapters/2-methods.tex +++ b/chapters/2-methods.tex @@ -170,8 +170,10 @@ Questa immagine viene ulteriormente ingrandita mediante l'uso di un'ulteriore lente con distanza focale \SI{75}{\mm} posta a \SI{350}{mm} dalla lente di tubo. In questo modo si ottiene, a una distanza di \SI{30}{\cm} dall'ultima -lente un ulteriore ingrandimento di un fattore $M' = $ -dalla lente di tubo. catturata, dopo aver attraversato un +lente, un ulteriore ingrandimento di un fattore +$M' = 300 / (350-250) = 3$. +A questa distanza l'immagine viene +rilevata, dopo aver diviso il cammino ottico in due rami con un \textit{beam-splitter}, da due sensori CMOS monocromatici (Thorlabs DCC1545M). La potenza viene suddivisa tra i due sensori secondo il rapporto @@ -197,11 +199,13 @@ modificare la ripartizione di potenza tra i due rami. I due rami vengono ricombinati utilizzando un secondo cubo polarizzatore, dopo aver attraversato due modulatori acusto-ottici (\textit{Acousto Optic Modulator, AOM}). -Gli AOM vengono realizzati ponendo un cristallo di quarzo in contatto +Gli AOM vengono realizzati ponendo un cristallo di diossido +di tellurio (\ce{TeO2}) in contatto con un trasduttore piezoelettrico: la radiofrequenza trasmessa al trasduttore consente l'instaurazione di un onda stazionaria acustica all'interno del cristallo, che si comporta sostanzialmente come un -reticolo di diffrazione. Variando l'ampiezza e la frequenza del segnale +reticolo di diffrazione. Variando l'ampiezza e la frequenza del +segnale elettrico inviato agli AOM è possibile modificare le caratteristiche dell'onda acustica stazionaria nel cristallo, e quindi ottenere una deflessione e una modulazione del fascio in uscita. @@ -215,7 +219,8 @@ figura \ref{fig:aom}). \begin{figure}[ht] \centering \includegraphics[width=\linewidth]{images/aom.pdf} - \caption{Caption} + \caption{Schema per la realizzazione di due pinzette ottiche + indipendenti.} \label{fig:aom} \end{figure} @@ -239,7 +244,57 @@ frequenza inviata all'AOM, determinati dalle caratteristiche degli AOM e dalla geometria del sistema ottico, vengono determinati a posteriori visualizzando microsfere intrappolate e creando rette di calibrazione. - +I modulatori acusto-ottici utilizzati (AA Opto-Electronic, DTSXY-250) +sfruttano onde acustiche di taglio e richiedono una polarizzazione +in ingresso lineare e perpendicolare all'onda acustica. +Per questo nel percorso ottico vengono aggiunte due ulteriori +lamine $\lambda / 2$: una permette di aver per entrambi gli AOM la +stessa polarizzazione in ingresso, la seconda ruota nuovamente di +\SI{90}{\degree} la polarizzazione di uno dei due fasci in modo che +abbiano polarizzazione ortogonali prima di ricombinarsi. +L'intervallo di scansione angolare consentito da questi AOM è di circa +\SI{2.8}{\degree}, corrispondenti a variazioni di \SI{50}{\MHz} nella +radiofrequenza fornita. Lungo questo intervallo l'efficienza dell'AOM, +ovvero la frazione di fascio deflessa nel primo ordine di diffrazione, +può variare significativamente. Questo dipendenza può essere nociva +per gli esperimenti con le pinzette ottiche: se l'intensità +dei fasci non è uniforme per tutte le posizioni della trappola, +la rigidità di essa varierà durante gli spostamenti, rendendo +difficile la manipolazione del campione attraverso lunghe distanze e +potenzialmente falsando i risultati degli esperimenti. +Variando l'angolo di incidenza del fascio rispetto all'AOM è possibile +ottimizzare questa dipendenza intorno a un intervallo di deflessioni +angolari di nostro interesse. Resta comunque una variazione non +trascurabile della rigidità delle trappole in funzione della posizione +e per tenerne conto si utilizza un'apposita procedura di calibrazione +in cui la rigidità viene misurata osservando la diffusione di una +microsfera nella trappola, per una griglia equispaziata di punti. + +Per poter osservare e registrare gli spostamenti delle microsfere +nella trappole così realizzate è stato implementato un sistema +di rilevamento della radiazione diffusa nel piano focale posteriore +(\textit{back-focal plane detection}, BFPD). + +Il profilo d'intensità della luce diffusa in avanti da una microsfera +in una trappola ottica, rilevato nel piano focale posteriore, permette +di conoscere la posizione relativa della microsfera rispetto al centro +della trappola, senza dipendere (in condizioni ideali) dalla posizione +assoluta della trappola nel campione. + +Per sfruttare questa proprietà la radiazione a \SI{1064}{\nm} è +estratta dal cammino ottico successivo al condensatore grazie ad uno +specchio dicroico. Successivamente le due polarizzazioni, +corrispondenti alle due trappole, vengono separate da un cubo +polarizzatore, e inviate rispettivamente a due fotodiodi a quadranti +(\textit{Quadrant Photodiode Detector, QPD}), posizionati in un piano +coniugato con il piano focale posteriore del condensatore. +In questo piano la distribuzione spaziale del campo elettrico è data +dalla trasformata di Fourier del campo in corrispondenza del piano +del campione messo a fuoco. È possibile dimostrare che nel caso di +una sfera spostata rispetto al centro della trappola l'asimmetria del +profilo d'intensità nel piano focale posteriore sarà direttamente +proporzionale allo spostamento della sfera rispetto al centro +della trappola. Grazie ai due QPD \section{Force-clamp}