[pt] Optomecânica, o estudo de forças induzidas pela luz sobre a matéria, teve grandes avanços nos últimos anos com diversas implicações sobre todas as ciências naturais. Pinças ópticas, por exemplo, são amplamente usadas na física, química e biologia para aprisionar nano e micropartículas com índice de refração maior do que o meio que a cerca usando, em geral, feixes Gaussianos. Generalizando essa técnica, trabalhos recentes começaram a explorar estados de ordem maior dos feixes eletromagnéticos e suas superposições para aprisionamento óptico, criando feixes com fase, modo e amplitude ajustáveis. Esses novos graus de liberdade permitem o uso de potenciais arbitrários e até mesmo forças dependentes do tempo capazes de induzir movimento controlado no objeto aprisionado. Nesse contexto de feixes estruturados, nós podemos explorar não apenas as forças atrativas entre luz e matéria, mas também as forças repulsivas que ocorrem quando o índice de refração da partícula é menor que o do meio circundante. Neste trabalho vamos explorar ambos cenários a partir da criação de feixes holográficos com um Modulador Espacial de Luz (SLM). Mais especificamente, vamos focar na implementação do feixe de foco escuro, ou feixe de garrafa, onde as partículas encontram equilíbrio em uma região sem incidência de luz. Resultados experimentais são apresentados e comparados com simulações numéricas baseadas na teoria de Lorentz-Mie e possíveis aplicações dessas pinças óticas inversas são discutidas em optomecânica e biologia. / [en] Optomechanics, the study of light-induced forces upon matter, has seen tremendous advances in recent years with broad implications to all natural sciences. Optical tweezers, for instance, are now widely used in physics, chemistry and biology to trap nano- and micro-objects with a refractive index greater than of its surrounding medium using typically Gaussian laser beams. Generalizing these techniques, recent works began to explore higher-order states of the electromagnetic field and its superpositions for optical trapping, creating beams with customized phase, mode and amplitude. These new degrees of freedom allows for optical potentials beyond the harmonic approximation, enabling virtually arbitrary potential forms and even time-dependent forces capable of inducing controlled motion on the trapped object. Within this context of structured light beams, we can explore not only the attractive forces between light and matter but the repulsive ones that arise when the particle s refractive index is smaller than that of its medium. In this work we explore both scenarios by creating holographic beams with a Spatial Light Modulator (SLM). Specifically, we focus on the implementation of the dark focus beam, or optical bottle beam, where particles may find equilibrium in a region with no incidence of light. Experimental results are presented and compared to Lorentz-Mie numerical simulations and possible applications of these inverted optical tweezers in optomechanics and biology are discussed.

[pt] As pinças ópticas tornaram-se uma ferramenta importante na pesquisa multidisciplinar, permitindo a manipulação e estudo de partículas em micro e nanoescala. Aqui, descrevemos o desenvolvimento de dois experimentos de pinça óptica no cerne da optomecânica levitada: uma pinça óptica a vácuo Gaussiana e uma pinça óptica a vácuo com luz estruturada. No experimento Gaussiano, descrevemos em detalhes sua construção e seu uso para testar características de movimento estocástico sujeito a forças efetivas não-lineares geradas através de feedback elétrico. Em seguida, passamos para a configuração de luz estruturada. Utilizando um Modulador Espacial de Luz, desenvolvemos uma pinça óptica a vácuo com a capacidade de gerar potenciais ópticos arbitrários, incluindo não-linearidades e armadilhas para múltiplas partículas. Os experimentos desenvolvidos neste trabalho abrem caminho para novos métodos de controle de movimento de partículas, forças e interações, expandindo ainda mais a caixa de ferramentas da optomecânica levitada. / [en] Optical tweezers have become an important tool in multidisciplinary research, allowing for the manipulation and study of micro- and nano-scale particles. Here, we describe the development of two optical tweezer experiments at the heart of levitated optomechanics: a Gaussian and a structured light vacuum optical tweezer. In the Gaussian experiment, we describe in detail its construction and its use to test features of stochastic motion subject to nonlinear effective forces generated via electric feedback. Next, we move to the structured light setup. Using a Spatial Light Modulator, we develop a vacuum optical tweezer with the capability of engineering arbitrary optical landscapes, including non-linearities and multi-particle traps. The experiments developed in this work pave the way to novel methods for controlling particle motion, forces and interactions, further extending the levitated optomechanics toolbox.

[pt] Há uma crescente demanda pela criação de modelos computacionais representativos de objetos reais para projetos de engenharia. Uma alternativa barata e eficaz consiste na utilização de técnicas de Visão Computacional baseada em câmeras e projetores disponíveis no mercado de computadores pessoais. Este trabalho avalia um sistema óptico estéreo ativo para capturar formas geométricas de objetos utilizando um par de câmeras e um projetor digital. O sistema se baseia em idéias de trabalhos anteriores, com duas contribuições nesta dissertação. A primeira é uma técnica mais robusta de detecção de pontos notáveis em padrões de calibração das câmeras. A segunda contribuição consiste num novo método de ajuste de cilindros que visa aplicar o sistema estudado na inspeção de instalações de dutos industriais. As conclusões apresentadas procuram avaliar a robustez e precisão do sistema proposto como um instrumento de medidas em Engenharia. / [en] There has been a growing demand for creation of computer models based on real models for engineering projects. A cheap and effective alternative consists in using Computer Vision techniques based on cameras and projectors available at the personal computer market. This work evaluates a stereo optic system for capturing geometric shapes from objects using a pair of cameras and a single digital projector. The system is based on former works and a pair of contributions is obtained at this dissertation. The first contribution is a more robust technique for finding corners and points at cameras calibration patterns. And the second one consists on a new method for cylinder fit for inspecting industrial piping facilities with the studied system. The final conclusions evaluate the robustness and precision from the proposed system as a measurement tool for Engineering.