Spiral Optical Tweezer by Rainbow Light (SPOTLIGHT)

Anno
2021
Proponente Stefan Wabnitz - Professore Ordinario
Sottosettore ERC del proponente del progetto
PE7_5
Componenti gruppo di ricerca
Componente Categoria
Mario Ferraro Dottorando/Assegnista/Specializzando componente non strutturato del gruppo di ricerca / PhD/Assegnista/Specializzando member non structured of the research group
Fabrizio Frezza Componenti strutturati del gruppo di ricerca / Structured participants in the research project
Biancamaria Della Vecchia Componenti strutturati del gruppo di ricerca / Structured participants in the research project
Antonio D'Alessandro Componenti strutturati del gruppo di ricerca / Structured participants in the research project
Valerio Parisi Componenti strutturati del gruppo di ricerca / Structured participants in the research project
Componente Qualifica Struttura Categoria
Yifan Sun Titolare di Assegno di ricerca INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE, ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI/Sapienza Università di Roma Altro personale aggregato Sapienza o esterni, titolari di borse di studio di ricerca / Other aggregate personnel Sapienza or other institution, holders of research scholarships
Alioune Niang Titolare di Assegno di ricerca INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE, ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI/Sapienza Università di Roma Altro personale aggregato Sapienza o esterni, titolari di borse di studio di ricerca / Other aggregate personnel Sapienza or other institution, holders of research scholarships
Mario Zitelli Titolare di Assegno di ricerca INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE, ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI/Sapienza Università di Roma Altro personale aggregato Sapienza o esterni, titolari di borse di studio di ricerca / Other aggregate personnel Sapienza or other institution, holders of research scholarships
Vladimir Kalashnikov Titolare di Assegno di ricerca INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE, ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI/Sapienza Università di Roma Altro personale aggregato Sapienza o esterni, titolari di borse di studio di ricerca / Other aggregate personnel Sapienza or other institution, holders of research scholarships
Francesco Rinaldo Talenti Dottorando INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE, ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI/Sapienza Università di Roma Altro personale aggregato Sapienza o esterni, titolari di borse di studio di ricerca / Other aggregate personnel Sapienza or other institution, holders of research scholarships
Mehwish Nisar Dottorando INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE, ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI/Sapienza Università di Roma Altro personale aggregato Sapienza o esterni, titolari di borse di studio di ricerca / Other aggregate personnel Sapienza or other institution, holders of research scholarships
Fangcheng Huang Dottorando INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE, ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI/Sapienza Università di Roma Altro personale aggregato Sapienza o esterni, titolari di borse di studio di ricerca / Other aggregate personnel Sapienza or other institution, holders of research scholarships
Aniqa Mehboob Dottorando INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE, ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI/Sapienza Università di Roma Altro personale aggregato Sapienza o esterni, titolari di borse di studio di ricerca / Other aggregate personnel Sapienza or other institution, holders of research scholarships
Rocco Crescenzi Tecnico INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE, ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI/Sapienza Università di Roma Altro personale aggregato Sapienza o esterni, titolari di borse di studio di ricerca / Other aggregate personnel Sapienza or other institution, holders of research scholarships
Fabio Mangini RTDA INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE/Università degli Studi di Brescia Altro personale aggregato Sapienza o esterni, titolari di borse di studio di ricerca / Other aggregate personnel Sapienza or other institution, holders of research scholarships
Abstract

Optical tweezers were introduced by Askhin in 1986, when he proposed a way for capturing particles by means of focalized light, through the mechanism of optical trapping. Over the years, optical tweezers have assumed a prominent role in scientific research, covering the most disparate fields, from physics to biology and materials nano-engineering. For this reason, Askhin was awarded the Nobel Prize in 2018. At the same time, over the last decade multimode optical fibres have attracted a growing interest, thanks to the possibility of propagating high power laser beams, thus unveiling previously unforeseen nonlinear effects.

SPOTLIGHT aims at merging these two major branches of research, by proposing optical fibres as a new practical tool for generating microstructured light for 3D nonlinear optical trapping applications.

Our project is based on the exploitation of a recent discovery by the PI and his coworkers: the emission of a beam with a spiral shaped intensity profile in the far-field from the output facet of an optical fibre. Such a spiral emission is only obtained for proper laser-fibre coupling conditions, so that the beam propagating inside the fibre carries unconventional longitudinal orbital angular momentum (OAM). Although spiral emission is a linear phenomenon, i.e., it can be achieved with low power light sources, it is subject to nonlinear effects when high intensity lasers are used. Specifically, the interplay of radial self-phase modulation, Imbert-Fedorov shift and supercontinuum generation leads to spatial self-organization in the optical frequency domain, or rainbow-like spiral emission.

The main goal of SPOTLIGHT is developing a 3D optical trapping device, which exploits rainbow spiral emission. This will lead to breakthrough advantages in optical trapping, leading to a significant improvement of the optical tweezers technology, such as for example a new class of micromixers, which will find application in medicine and nano-bioengineering.

ERC
PE7_5, PE2_9, PE7_11
Keywords:
OTTICA, CAMPI ELETTROMAGNETICI, FENOMENI NON LINEARI, FISICA DEI LASER, BIOINGEGNERIA

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