Highly stable holographic dumbbel combined with accurate force measurements through back-focal-plane interferometry

Abstract

English: Optical trapping experiments with multiple traps have been used to measure small net movements on the nanometer range, but at present more stability is demanded to measure even smaller scales which are typical of many biological motions. The main problem of these systems is that the degree traps are affected by perturbations can vary from one trap to the other due to differences in the optical path they follow. In holographic optical tweezers the traps share the same optical path and hence stability should be enhanced. However, holographic systems are weak regarding force measurement when multiple traps are used. Here, we test a method that allows measuring forces through back-focal-plane interferometry when multiple holographic traps are in use, and compare the stability of dumbbells created by a holographic system or by a two split beams configuration, which is currently the standard setup in experiments in which precision is a concern.

Castellano: Los experimentos con múltiples trampas ópticas se han podido utilizar para la medida de movimientos en la escala nanométrica. Sin embargo, se necesita mejorar la estabilidad de los sistemas para poder medir movimientos en escalas inferiores. El principal problema de estos sistemas es que las perturbaciones en el sistema pueden afectar de manera diferente a las trampas ópticas debido a que siguen caminos ópticos diferentes. En los sistemas de pinzas ópticas holográficas las trampas siguen el mismo camino y por consiguiente deberían ser más estables. Sin embargo, cuando se utilizan múltiples trampas holográficas no se puede hacer una medida precisa de fuerza utilizando la interferometría en el plano focal, que es el método estándar para la calibración de trampas ópticas y además es el más preciso. En este trabajo estudiamos un método que permite juntar la interferometría en el plano focal con múltiples trampas holográficas y estudiamos la estabilidad de la configuracion de "dumbbell" creada por el sistema holográfico, que es la configuración usada en este tipo de experimentos de alta precisión.

Català: Els experiments amb múltiples trampes òptiques s'han pogut utilitzar per mesurar moviments en l'escala nanomètrica, però es necessita més estabilitat per poder mesurar moviments en escales inferiors. El principal problema dels sistemes de trampes òptiques és que les pertorbacions poden afectar diferentment a les trampes ja que segueixen camins òptics diferents. En les pinces òptiques hologràfiques les trampes segueixen el mateix camí òptic i per tant l'estabilitat del sistema hauria de ser millor. Tanmateix, quan s'utilitzen múltiples trampes hologràfiques no es pot fer una mesura precissa de força ja que no es pot utilitzar la interferometria en el pla focal, que és el mètode estàndard per calibrar trampes òptiques i a més és el mètode més precís. En aquest treball comprovem un mètode que permet combinar la interferometria en el pla focal amb múltiples trampes hologràfiques i també comprovem l'estabilitat de la configuració de "dumbbell" creada amb un muntatge de pinces hologràfiques, que és la configuració més utilitzada als experimets d'alta precissió.