State and parameter estimation for levitational photonics systems

Lasers can be used as optical tweezers to confine particles in determined regions of space. However, the dynamics and measurements of this setup are affected by stochastic phenomena. Hence, the resulting data should be filtered in order to obtain more accurate results and knowledge of the system. This thesis deals with the implementation and evaluation of parameter estimators and Kalman filtering algorithms on a system of a particle in an optical trap. Theoretical background of both optical tweezers and implemented algorithms is unfold and a physical parameter estimator is also proposed. Algorithms are implemented in Matlab environment and tested out. Results presented in last chapters of this thesis confirm the successful implementation. of identification and Kalman filter algorithms while point out inconsistencies of the proposed physical parameter estimator.
Los láseres pueden utilizarse como pinzas ópticas para confinar partículas en regiones determinadas del espacio. Sin embargo, la dinámica y las mediciones de esta configuración se ven afectadas por fenómenos estocásticos. Por lo tanto, los datos resultantes deben filtrarse para obtener resultados más precisos y un mayor conocimiento del sistema. Esta tesis trata sobre la implementación y evaluación de estimadores de parámetros y algoritmos de filtro de Kalman en sistemas de partículas en una trampa óptica. Se presenta el fundamento teórico tanto de las pinzas ópticas como de los algoritmos implementados y se propone un estimador de parámetros físicos. Los algoritmos se implementan en el entorno de Matlab y se prueban. Los resultados presentados en los últimos capítulos de esta tesis confirman la exitosa implementación de los algoritmos de identificación y filtro de Kalman, al tiempo que señalan las inconsistencias del estimador de parámetros físicos propuesto.
Els làsers es poden utilitzar com a pinces òptiques per atrapar partícules en regions determinades de l'espai. No obstant això, la dinàmica i les mesures d'aquesta configuració es veuen afectades per fenòmens estocàstics. Per tant, les dades resultants han de ser filtrades per obtenir resultats més precisos i un coneixement més profund del sistema. Aquesta tesi tracta sobre la implementació i avaluació d'estimadors de paràmetres i algoritmes de filtre de Kalman en sistemes de partícules en una trampa òptica. Es presenta el fonament teòric tant de les pinces òptiques com dels algoritmes implementats i es proposa un estimador de paràmetres físics. Els algoritmes s'implementen en l'entorn de Matlab i es sotmeten a proves. Els resultats presentats en els últims capítols d'aquesta tesi confirmen l'exitosa implementació dels algoritmes d'identificació i filtre de Kalman, tot i que assenyalen les inconsistències de l'estimador de paràmetres físics proposat.