Implementación de pinzas ópticas holográficas para manipulación de microsistemas

Abstract

Los sistemas de pinzas ópticas son herramientas no destructivas, no invasivas y que no hacen contacto mecánico, diseñadas y empleadas para el confinamiento y manipulación de objetos microscópicos. Se fundamentan en usar un haz láser fuertemente concentrado por medio de un montaje de microscopio óptico invertido, a partir del cual, las propiedades de transporte transferencia de momentum de la luz posibilitan ejercer fuerzas sobre diferentes objetos en la escala micro y submicrométrica. La manipulación óptica de microsistemas por medio de las pinzas ópticas ha causado sin duda una revolución en los campos de investigación de la física, química y biología. Los estudios pioneros de algunas aplicaciones con pinzas hacen uso de trampas ópticas de haz simple o doble haz. Sin embargo, la mayoría de las aplicaciones involucran manipulación independiente de varias trampas y paralela de varios sistemas, lo que llevó a arreglos de sistemas de trampas más extensos y experimentalmente complejos. El uso de la holografía digital y los moduladores espaciales de luz en las pinzas ópticas aumenta la flexibilidad del diseño de las trampas. Esta técnica permite la producción de grandes conjuntos de trampas ópticas, su control espacial tridimensional y dinámico. Por otro lado, permite variar las propiedades y morfología del haz. En este trabajo se muestra la implementación de un sistema de pinzas ópticas holográficas, utilizando un modulador espacial de luz, lo que permite la manipulación controlada, dinámica y múltiple de partículas microscópicas. Para tal fin, se desarrolló y caracterizó un montaje experimental con arquitectura abierta y expansible con componentes ópticas estándar para comprender así cada uno de los parámetros de diseño importantes para lograr un sistema óptimo de atrapamiento. Por otro lado, se desarrolla con especial cuidado la calibración y optimización de un modulador espacial Holoeye por reflexión, pieza importante en las pinzas holográficas, ya que sin la correcta optimización de éste es imposible realizar los atrapamientos holográficos exitosos logrados en este trabajo./Abstract. Optical tweezers are non‐destructive and non‐invasive tools. They don’t do any mechanical contact and have been designed to be used as a tool to confine and manipulate microscopic objects. Are based on a highly concentrated laser beam through a setup of optical inverted microscope, through which, the transport properties and momentum transfer of light enable exert forces on different objects in the micro‐ and submicro scale. The optical manipulation using optical tweezers has certainly caused a revolution in research fields of physics, chemistry and biology. The pioneering studies of some applications make use of single beam optical traps or double beam. However, most applications involve independent manipulation of a lot of traps, which led to large arrays of systems and complex setups. The use of digital holography and spatial light modulators on optical tweezers enhances the flexibility of the design of the traps. This technique allows the production of large arrays of optical traps, and their dynamic control on the three‐dimensional space. On the other hand, allows varying the properties and morphology of the beam. This work shows the implementation of a holographic optical tweezers system using a spatial light modulator, which allows the controlled manipulation, dynamic and multiple microscopic particles. To this end, we developed and characterized an experimental and expandable setup with open architecture with standard optical components to understand each of the important design parameters to achieve an optimal trapping system. Furthermore, special care is developed with the calibration and optimization of a spatial modulator Holoeye by reflection, important piece on the holographic system, without their correct optimization is impossible to perform successful holographic entrapments achieved in this work.