Levitación óptica es un método para levitar objetos dieléctricos tamaño micrómetro utilizando luz láser. Utilizando equipos y sistemas de automatización, un experimento de levitación óptica puede ser controlado remotamente. Aquí, presentamos un sistema de levitación óptica controlado remotamente que es utilizado tanto para la educación y propósitos de investigación.
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Artículo de método
Caja fuerte experimentación en levitación óptica de gotitas cargadas usando laboratorios remotos
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Resumen
Resumen
La obra presenta un experimento que permite el estudio de muchos procesos físicos fundamentales, tales como presión del fotón, la difracción de la luz o el movimiento de partículas cargadas en campos eléctricos. En este experimento, un haz de láser centrado apuntando hacia arriba levitar gotitas líquidas. Las gotitas son levitación por la presión de fotones del haz láser enfocado que equilibra la fuerza gravitacional. El patrón de difracción creado cuando se ilumina con la luz del láser puede ayudar a medir el tamaño de una gota de atrapados. La carga de la gota atrapada puede determinarse mediante el estudio de su movimiento cuando se aplica un campo eléctrico dirigido verticalmente. Hay varias razones que motivan este experimento para controlar de forma remota. Las inversiones necesarias para la configuración superior a la normalmente disponible en laboratorios de docencia de pregrado. El experimento requiere un láser de clase 4, que es perjudicial para la piel y los ojos y el experimento utiliza tensiones que son perjudiciales.
Introducción
El hecho de que la luz lleva ímpetu primero fue sugerido por Kepler cuando explicó por qué la cola de un cometa apunta siempre lejos del sol. El uso de un láser para moverse y atrapar objetos macroscópicos primero fue divulgado por A. Ashkin y J. M. Dziedzic en 1971 cuando demostró que es posible levitar micrómetro de tamaño objetos dieléctricos1. El objeto atrapado fue expuesto a un ascendente dirigida de rayo láser. Parte del haz láser se refleja en el objeto que impone una presión de la radiación en lo que fue suficiente para contrarrestar la gravedad. La mayoría de la luz, sin embargo, fue refractada a través del objeto dieléctrico. El camb....
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Protocolo
Nota: El láser utilizado en este experimento es un láser clase IV entrega hasta 1 W de radiación láser visible. Todo el personal presente en el laboratorio láser debe han realizado entrenamiento de seguridad de láser adecuada.
1. práctica protocolo Experimental
- Seguridad
- Asegúrese de que todos en el laboratorio están consciente de que un láser se encenderá.
- Encender la lámpara de advertencia de láser en el laboratorio.
- Verificar que no hay anillos reloj o metal usados y poner en las gafas de protección láser.
- Compruebe que los cuatro tableros, más cercanos a la experiencia que absorbe la lu....
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Resultados
Cuando el rayo láser esté bien alineado, y la placa inferior es limpia, las gotas quedan atrapadas casi de inmediato. Cuando una gota es atrapada puede permanecer en la trampa durante varias horas, dando suficiente tiempo para investigaciones. El radio r de las gotas en el rango de 25 ≤ r ≤ 35 μm y la carga se ha medido entre 1.1x10-17 ±1.1 x10-18 C y 5.5x10-16 ±5.5 x10-17 C. El tamaño de las gotas permanece, según nuestras mediciones, .......
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Discusión
Este trabajo presenta una configuración para llevar a cabo un experimento de física moderna en la que las gotas son ópticamente levitación. El experimento se puede realizar en forma práctica tradicional o remotamente. Con el establecimiento del sistema remoto, estudiantes e investigadores en todo el mundo pueden acceder a la configuración experimental. Esto también garantiza la seguridad de los usuarios, ya que no necesitan estar en presencia de campos eléctricos requeridos para el experimento de los láser de alta potenc.......
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Este trabajo ha sido apoyado por el Consejo de investigación sueco, Carl Trygger´s Fundación para la investigación científica y el Ministerio de economía y competitividad dentro del proyecto CICYT DPI2014-55932-C2-2-R. Gracias a Sannarpsgymnasiet por dejar que nos trate de la RL con los estudiantes.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| GEM 532 | Láser Láser Quantum Green | con potencia ajustable entre 50 mW y 2 W | |
| Sensor de posición de efecto lateral | THOR Lab | PDP90A | PSD para detectar la posición de la gota en la pipeta |
| Kit de espectrómetro educativo avanzado, | THOR Lab | EDU-SPEB1/M | Espejos y otros elementos para controlar el rayo láser |
| La | cámara donde se atrapa la gota fue hecha especialmente para esta configuración | ||
| Fuente de alimentación CA/CC | Keithley Instruments, Inc. | Fuente de alimentación de 2380-500-30 | A para generar el campo eléctrico (0V - 500V DC) |
| Unidad de distribución de energía | APC | AP7900 | A PDU para conectar de forma remota la instrumentación del laboratorio |
Referencias
- Ashkin, A., Dziedzic, J. Optical levitation by radiation pressure. Applied Physics Letters. 19, 283-285 (1971).
- Roosen, G., Imbert, C. Optical levitation by means of two horizontal laser beams: A theoretical and experimental study. Physics Letters.
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Reimpresiones y permisos
