論文の概要: Tunable on-chip optical traps for levitating particles based on single-layer metasurface

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.08852v1
• Date: Tue, 16 Jan 2024 22:00:53 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-01-18 17:35:04.466059
• Title: Tunable on-chip optical traps for levitating particles based on single-layer metasurface
• Title（参考訳）: 単層構造に基づく浮遊粒子の波長可変オンチップ光トラップ
• Authors: Chuang Sun, Hailong Pi, Kian Shen Kiang, Tiberius S. Georgescu, Jun-Yu Ou, Hendrik Ulbricht, and Jize Yan
• Abstract要約: 数値開口率の高い2点の回折制限焦点を形成する準曲面は、可変光ポテンシャル井戸を生成することができることを実験的に実証した。 2つのナノ粒子は、何時間も二重ポテンシャル井戸で浮遊し、浮遊粒子の非線形力学、熱力学、光結合の研究に使用できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.25128687379089687
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Optically levitated multiple nanoparticles has emerged as a platform for studying complex fundamental physics such as non-equilibrium phenomena, quantum entanglement, and light-matter interaction, which could be applied for sensing weak forces and torques with high sensitivity and accuracy. An optical trapping landscape of increased complexity is needed to engineer the interaction between levitated particles beyond the single harmonic trap. However, existing platforms based on spatial light modulators for studying interactions between levitated particles suffered from low efficiency, instability at focal points, the complexity of optical systems, and the scalability for sensing applications. Here, we experimentally demonstrated that a metasurface which forms two diffraction-limited focal points with a high numerical aperture (0.9) and high efficiency (31%) can generate tunable optical potential wells without any intensity fluctuations. A bistable potential and double potential wells were observed in the experiment by varying the focal points distance, and two nanoparticles were levitated in double potential wells for hours, which could be used for investigating the levitated particles nonlinear dynamics, thermal dynamics, and optical binding. This would pave the way for scaling the number of levitated optomechanical devices or realizing paralleled levitated sensors.
• Abstract（参考訳）: 光レビテーションされた複数のナノ粒子は、非平衡現象、量子絡み合い、光-物質相互作用などの複雑な基礎物理学を研究するための基盤として現れており、これは弱い力やトルクを高い感度と精度で感知するために応用できる。 単一高調波トラップを超える浮遊粒子間の相互作用を設計するには、複雑化の光学的トラップランドスケープが必要である。 しかしながら、浮遊粒子間の相互作用を研究するための空間光変調器に基づく既存のプラットフォームは、低効率、焦点の不安定性、光学系の複雑さ、センシングアプリケーションのスケーラビリティに苦しんだ。 ここでは,2点の回折制限焦点(0.9),高効率(31%)を形成する準曲面が,強度変動のない可変光電位井戸を生成可能であることを実験的に実証した。 実験では、焦点距離を変えて双安定電位と二重ポテンシャル井戸が観測され、2つのナノ粒子が何時間も二重ポテンシャル井戸に浮き彫りにされ、浮き彫り粒子の非線形力学、熱力学、光結合の研究に利用された。 これにより、浮揚光機械装置の数を増加させ、平行浮揚センサを実現する方法が整うことになる。

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