Feixes estruturados tipo frozen waves: aspectos teóricos e experimentais em imagens 2D e 3D, pinças ópticas e armadilhas fotoforéticas para displays de aprisionamento óptico

• Processo: 20/05280-5
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2025
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Elétrica
• Pesquisador responsável: Leonardo Andre Ambrosio
• Beneficiário: Leonardo Andre Ambrosio
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Município da Instituição Sede: São Carlos
• Pesquisadores associados: Ahmed Hassen Dorrah ; Antonio Alvaro Ranha Neves ; Federico Capasso ; Gérard Gouesbet ; Hugo Enrique Hernández Figueroa ; Jiajie Wang ; Márcio Santos Rocha ; Marcos Roberto da Rocha Gesualdi ; Michel Zamboni Rached ; Philippe Wilhelm Courteille ; Tiago de Assis Moura
• Assunto(s): Óptica e fotônica Pinças ópticas Força fotoforética Aprisionamento óptico Holografia Óptica difrativa
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Displays de aprisionamento óptico | Feixes de luz estruturada | Forças ópticas | Frozen Waves | Pinças ópticas | Projeção holográfica | Óptica e Fotônica

Resumo

Este projeto tem como objetivo investigar, teórica e experimentalmente, uma classe de ondas não difrativas - as chamadas Frozen Waves (FWs) - como feixes de luz para novas técnicas em projeção holográfica e como feixes alternativos no aprisionamento óptico em sistemas de pinças ópticas e em armadilhas fotoforéticas em displays de aprisionamento óptico (OTDs). Por serem arbitrariamente modeláveis em seus padrões de intensidade nas escalas centimétrica, mili ou micrométricas, FWs possuem apelo tanto na geração de múltiplas e simultâneas armadilhas ópticas como na iluminação controlada em pontos pré-definidos do espaço, possibilitando projeções holográficas sem redução de resolução axial, com geração de imagens 2D e 3D de alta qualidade. A análise aqui suposta é de tríplice aspecto: teórico, computacional e prático. Como resultados, espera-se: (i) a geração experimental de FWs 2D e 3D, (ii) a geração experimental de armadilhas fotoforéticas com FWs, (iii) novos formalismos teóricos no cálculo de forças fotoforéticas para FWs e feixes arbitrários para além de ondas planas, no contexto de teorias generalizadas de Lorenz-Mie, para fins de futura adoção de FWs em OTDs, (iv) predições de forças de aprisionamento em sistemas de pinças ópticas para FWs 2D e 3D. A presente proposta, que se situa na fronteira do conhecimento no que se refere a novas técnicas de holografia por computador, imagens 2D e 3D, OTDs e múltipla captura óptica para biologia, óptica, fotônica e telecomunicações, tem seu cronograma dividido em trimestres e será realizado com o colaboração de renomados grupos de pesquisa no Brasil e no exterior. (AU)

Publicações científicas

(15)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

AMBROSIO, LEONARDO A.; DE SARRO, JHONAS O.; GOUESBET, GERARD. An approach for a polychromatic generalized Lorenz-Mie theory. JOURNAL OF QUANTITATIVE SPECTROSCOPY & RADIATIVE TRANSFER, v. 312, p. 11-pg., 2023-11-06. (21/06121-0, 20/05280-5)

DORRAH, AHMED H.; BORDOLOI, PRIYANUJ; DE ANGELIS, VINICIUS S.; DE SARRO, JHONAS O.; AMBROSIO, LEONARDO A.; ZAMBONI-RACHED, MICHEL; CAPASSO, FEDERICO. Light sheets for continuous-depth holography and three-dimensional volumetric displays. Nature Photonics, v. 17, n. 5, p. 13-pg., 2023-04-10. (21/15027-8, 20/05280-5, 21/06121-0)

AMBROSIO, LEONARDO A.; DE SARRO, JHONAS O.; DE ANGELIS, VINICIUS S.; DORRAH, AHMED H.; BORDOLOI, PRIYANUJ; ZAMBONI-RACHED, MICHEL; CAPASSO, FEDERICO; IEEE. Light-Sheets Composed of Bessel Beams for Three-Dimensional Holography and Imaging. 2023 INTERNATIONAL CONFERENCE ON OPTICAL MEMS AND NANOPHOTONICS, OMN AND SBFOTON INTERNATIONAL OPTICS AND PHOTONICS CONFERENCE, SBFOTON IOPC, v. N/A, p. 2-pg., 2023-01-01. (21/15027-8, 20/05280-5)

AMBROSIO, LEONARDO ANDRE. Analytical description of on-axis zero-order continuous frozen waves in the generalized Lorenz-Mie theory. JOURNAL OF QUANTITATIVE SPECTROSCOPY & RADIATIVE TRANSFER, v. 296, p. 9-pg., 2023-01-02. (20/05280-5, 21/06121-0)

ANGELIS, VINICIUS S.; DORRAH, AHMED H.; AMBROSIO, LEONARDO A.; CAPASSO, FEDERICO. Conformal holography with curved light sheets. Optics Express, v. 33, n. 4, p. 14-pg., 2025-02-24. (20/05280-5)

AMBROSIO, LEONARDO A.; SARRO, JHONAS. O. DE; GOUESBET, GERARD. An approach for a polychromatic generalized Lorenz-Mie theory (vol 312, 108824, 2024). JOURNAL OF QUANTITATIVE SPECTROSCOPY & RADIATIVE TRANSFER, v. 319, p. 2-pg., 2024-03-11. (21/06121-0, 20/05280-5)

NOBRE-PEREIRA, J.; DE ANGELIS, V. S.; AMBROSIO, L. A.; ZAMBONI-RACHED, M.. Exact analytical solutions for micrometer structured vortex beams with applications to optical tweezers. OPTICS AND LASER TECHNOLOGY, v. 171, p. 9-pg., 2023-11-21. (21/06121-0, 20/05280-5, 21/04911-4)

VOTTO, LUIZ FELIPE MACHADO; GOUESBET, GERARD; AMBROSIO, LEONARDO ANDRE. A framework for the finite series method of the generalized Lorenz-Mie theory and its application to freely-propagating Laguerre-Gaussian beams. JOURNAL OF QUANTITATIVE SPECTROSCOPY & RADIATIVE TRANSFER, v. 309, p. 9-pg., 2023-06-24. (21/06121-0, 20/05280-5)

VOTTO, LUIZ FELIPE; CHAFIQ, ABDELGHANI; GOUESBET, GERARD; AMBROSIO, LEONARDO ANDRE; BELAFHAL, ABDELMAJID. Ince-Gaussian beams in the generalized Lorenz-Mie theory through finite series Laguerre-Gaussian beam shape coefficients. JOURNAL OF QUANTITATIVE SPECTROSCOPY & RADIATIVE TRANSFER, v. 302, p. 10-pg., 2023-03-16. (20/05280-5, 21/06121-0)

GOUESBET, GERARD; DE ANGELIS, V. S.; AMBROSIO, LEONARDO ANDRE. Optical forces and optical force partitions exerted on arbitrary sized spherical particles in the framework of generalized Lorenz-Mie theory. JOURNAL OF QUANTITATIVE SPECTROSCOPY & RADIATIVE TRANSFER, v. 307, p. 14-pg., 2023-05-19. (20/05280-5, 21/06121-0)

GOUESBET, GERARD; VOTTO, LUIZ F. M.; AMBROSIO, LEONARDO A.. Evaluation of beam shape coefficients in T-matrix methods using a finite series technique: on blow-ups using hypergeometric functions and generalized Bessel polynomials. JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA B-OPTICAL PHYSICS, v. 40, n. 12, p. 8-pg., 2023-12-01. (21/06121-0, 20/05280-5)

DE SARRO, JHONAS O.; DE ANGELIS, VINICIUS S.; AMBROSIO, LEONARDO A.. Effects of Gaussian apodization on the propagation of two-dimensional discrete frozen waves in homogeneous media. 2023 SBMO/IEEE MTT-S INTERNATIONAL MICROWAVE AND OPTOELECTRONICS CONFERENCE, IMOC, v. N/A, p. 3-pg., 2023-01-01. (20/05280-5)

VOTTO, LUIZ FELIPE; GOUESBET, GERARD; AMBROSIO, LEONARDO ANDRE. Blowing-ups of beam shape coefficients of Gaussian beams using finite series in generalized Lorenz-Mie theory. JOURNAL OF QUANTITATIVE SPECTROSCOPY & RADIATIVE TRANSFER, v. 311, p. 6-pg., 2023-09-30. (21/06121-0, 20/05280-5)

TANG, SIQI; SHEN, JIANQI; GOUESBET, GERARD; AMBROSIO, LEONARDO A.. On radial quadrature method applied to spherical wave expansion of Gaussian beams. JOURNAL OF QUANTITATIVE SPECTROSCOPY & RADIATIVE TRANSFER, v. 332, p. 12-pg., 2024-11-27. (20/05280-5)

DE ANGELIS, VINICIUS S. DE; DORRAH, AHMED H.; AMBROSIO, LEONARDO A.; MILLER, DAVID A. B.; CAPASSO, FEDERICO. Structuring light waves in 3D volumes with high precision using communication mode optics. OPTICA, v. 12, n. 9, p. 12-pg., 2025-09-20. (20/05280-5)