Bachelor's Thesis

Optimization of optical tweezers for multimodal holographic microscope

Final Thesis 8.86 MB Appendix 774.28 kB

Author of thesis: Ing. Jan Vaverka

Acad. year: 2013/2014

Supervisor: Ing. Zbyněk Dostál, Ph.D.

Reviewer: Ing. Martin Antoš, Ph.D.

Abstract:

This bachelor's thesis has described the principle of operation of interference microscopes with closer analysis of multimodal holograpfic microscope (MHM), which has been constructed at the Institut of Physical Engeneering (IPE) of Brno University of Technology. It has also analysed principles of optical trapping and has closely descirebed force effects on the trapped object with characteristic lenght bigger than wavelenght of trapping beam. It has designed optimization of existing optical tweezers module so that the module is connectable to the prototype of MHM, located at IPE. Simulation and optimization of the optical assembly of module have been performed, the mechanical design of module with the drawings has been designed. The module has been entered into production.

Keywords:

Optical tweezers, optical micromanipulaiton, holographic microscopy, multimodal holografic microscope, construction design.

Date of defence

26.06.2014

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (B3901-3)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (B-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Zbyněk Dostál, Ph.D.

Po obsahové a grafické stránce je práce poměrně zdařilá. Práce je dělena do několika částí. Prvá obsahuje stať věnovanou holografické mikroskopii a popisu Multimodálního holografického mikroskopu. V druhé je popsán vznik silových účinků světla na objekt v okolí optické pasti a metody měření její tuhosti. Student dále využil svých znalostí počítačového programu Zemax, ve kterém upravil stávající teoretický model optické pinzety s ohledem na snížení velikosti potřebného zástavbového prostoru. Trasováním paprsků stanovil rozměrové charakteristiky expanderu, který umožňuje připojit pinzetu k Multimodálnímu holografickému mikroskopu uvnitř jeho vytápěného boxu. V poslední části práce vytvořil v programu SolidWorks třírozměrný model expanderu a jeho výrobní dokumentaci, podle níž byl zadán do výroby. Také byl navržen komplexní seřizovací postup. Bohužel nebyl upravený modul prakticky ověřen. I tak konstatuji, že student cíle bakalářské práce splnil v plném rozsahu. Jako vedoucí práce hodnotím bakalářskou práci známkou velmi dobře/B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu C

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Martin Antoš, Ph.D.

V úvodní části práce je popsána historie vývoje interferenční a holografické mikroskopie. Dále je stručně popsán princip funkce optické pinzety. V poslední části práce se autor věnuje návrhu a způsobu seřízení optimalizované optické pinzety pro multimodální holografický mikroskop.
Práce je po grafické stránce velmi dobrá s občasnými neobratnými slovními formulacemi. Na obrázku 4.6 jsou zmatečně uvedeny pozice. Například pozice 20 a 28 označují tentýž ustavovací šroub. Na straně 18 je nespravně popsán význam rozměrů d a e.
Cílem úprav stávajícího modulu optické pinzety bylo minimalizovat jeho rozměry a hmotnost. Autor se zaměřil na konstrukční změnu expanderu laserového svazku, přičemž kolimátor laserového svazku s držákem galvanooptických zrcadel ponechal původní. V práci je konstatováno, že hmotnost nového expanderu je o 15% nižší a modul optické pinzety má menší zástavbové rozměry. Domnívám se, že předložený návrh prostorového uspořádání modulu zobrazený na obrázku 4.9 není zcela optimální. Hrozí kontakt optického vlákna kolimátoru s vyhřátou deskou radiátoru uvnitř boxu. Vhodnější by bylo pootočit kolimátor společně s držákem galvanooptických zrcadel o 90° vůči optické ose objektivu L2.
Student vytvořil výkresovou dokumentaci, podle níž byly vyrobeny vybrané celky upravovaného modulu optické pinzety.

I přes uvedené nedostatky konstatuji, že student Jan Vaverka zadání práce splnil. Prokázal schopnost zrealizovat originální myšlenku do hmatatelné podoby. Předloženou práci hodnotím známkou velmi dobře/B a doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Proč musí být splněna podmínka sdruženosti roviny zadní apertury objektivu s rovinou umístěnou uprostřed mezi galvanooptickými zrcadly?
  2. Jak se změní velikost spot diagramů na obrázku 4.8, budou-li spojné čočky objektivů L2 resp. L3 přivráceny k držáku galvanooptických zrcadel resp. k držáku zalamovacího zrcadla?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová