Manipolazione ottica in cristalli liquidi nematici: effetti non locali della riorientazione

Aim of the thesis was a detailed study of optical trapping of low index particles dispersed in liquid crystals. This phenomenon is completely different from conventional optical manipulation in isotropic media, related to intensity gradient forces. It is due, in fact, to the interaction, by means of elasticity of liquid crystals, between an optically distorted region around the trap and the colloid. The attractive force shows peculiar properties that come from the medium: it is anisotropic in space and characterized by a very long-range action. The analysis, carried out under experimental conditions that prevent the effect of conventional trapping, has highlighted the role of the nonlocality of optical reorientation by showing the dependence of the trapping force on the size of the reoriented area. A model for director configuration was proposed, based on the actual form of the Gaussian focused beam on the liquid-crystalline medium, with good agreement with experimental data.

Obiettivo del lavoro di tesi è stato effettuare un’analisi dettagliata del meccanismo di manipolazione ottica di particelle colloidali a basso indice immerse in un cristallo liquido nematico. Tale fenomeno è completamente differente dal convenzionale intrappolamento che si ottiene nei mezzi isotropi , originato da forze di gradiente di intensità . Esso è dovuto invece all’interazione di tipo elastico, mediata dal mezzo circostante, tra la regione otticamente riorientata corrispondente al fascio laser di trappola e la particella posta nelle sue vicenanze. La forza attrattiva che si instaura presenta caratteristiche peculiari, riflesso di quelle del cristallo liquido: elevato anisotropismo e range di azione che si estende a grandi distanze. Lo studio, condotto in condizioni sperimentali opportune tali da prevenire il manifestarsi della manipolazione convenzionale, ha sottolineato in particolare, il ruolo cruciale svolto dalla nonlinearità della riorientazione ottica, mostrando la dipendenza della forza di intrappolamento dalla dimensione dell’area distorta. È stato inoltre sviluppato un modello teorico di predizione dell’angolo di riorientazione, basato sull’effettiva configurazione assunta da un fascio gaussiano altamente focalizzato incidente su un campione di cristallo liquido; i valori calcolati hanno evidenziato un buon accordo con i dati sperimentali.