毛細管光纖光鑷及其製作方法

2023-06-12 08:33:46

專利名稱：：毛細管光纖光鑷及其製作方法
技術領域：
：本發明涉及的是一種光鑷，特別是一種基於環形芯毛細管光纖的光鑷。本發明也涉及一種光鑷的製備方法。(二)
背景技術：
：光鑷是指利用光強度分布的梯度力和光散射力俘獲和操縱微小粒子的工具。自從1986年Askin[A.Ashkin,J.M.Dziedzic，J.E.Bjorkholm,andS.Chu,Observationofasingle-beamgradientforceopticaltrapfordielectricparticles,C>/^.11,288-290,1986]把單束雷射引入高數值孔徑物鏡形成了三維光學勢阱，實現了對粒子的三維空間控制後，光鑷技術迅速地發展成為重要的研究技術手段，並促進了若干交叉領域的快速發展。例如在微小粒子的捕獲和搬運、皮牛級力的測量、微機械與微器件的組裝等領域得到廣泛的應用。特別在生命科學領域，光鑷技術以其非接觸式、無損探測的本質特性顯示了其無與倫比的優勢，對於推動生命科學的發展和微生命體的操縱發揮了巨大的作用。光鑷俘獲的粒子尺度可以從幾納米到幾十微米，可以為剛性顆粒，也可以是軟物質顆粒；可以為無生命的顆粒，也可以是活體細胞或病毒。傳統光鑷通常是基於光學顯微鏡系統構建的，它通過顯微物鏡將雷射束聚焦，利用聚焦中心附近的梯度力場形成光阱，對微小粒子進行捕獲和操縱。傳統光鑷技術成熟，但其結構複雜且缺乏柔性，體積龐大，價格昂貴，並且光阱移動系統複雜，操作技能要求高。為此，提出了光波導光鑷技術方案，藉助於在同一塊材料基體上的多個波導通道來實現微小粒子的捕獲[陸思，楊昌喜，周兆英，光波導光鉗系統，中國發明專利，公開號CN1740831A]，鑑於該光波導光鑷端具有體積較大，製備難度大的不足，人們進一步發展了光纖光鑷技術[A.Constable,J.Kim，J.Mervis，RZarinetchi,andM.Prentiss,Demonstrationofafiber-opticallight-forcetrap，C(p/.18,1867-1869，1993;ZhihaiLiu，ChengkaiGuo，JunYang，andLiboYuan,Taperedfiberopticaltweezersformicroscopicparticletrapping:fabricationandapplication,C(pf/cs五x/ress，14(25),12510-12516，2006]。光纖光鑷結構簡單，可以製成微型探針形式，光阱及其操縱與光學顯微系統分離，因此光阱操縱靈活，系統自由度大。現有在先技術中存在幾種技術較為先進的光纖光鑷技術，如將兩根單模光纖的端面研磨成錐體，在錐體尖端形成一個半球面，使得出射光束具有弱聚焦特性，將這兩根光纖成一定光軸夾角放置，交疊光場形成的光阱可以實現微粒的捕獲和懸浮[E.R.LyonsandG.J.Sonek，Confinementandbistabilityinataperedhemisphericallylensedopticalfibertrap,^;/.P/^.Ze".66,1584-1586,1995];公開號為CN1963583A的發明專利將一段光纖的一端熔拉製成具有拋物線形微結構的光纖針。將雷射耦合到光纖的另一端中，雷射從光纖針出射後在光纖針前端形成的小於1微米腰斑直徑的匯聚光場，能夠形成穩定的三維光勢阱，從而實現單光纖光鑷[劉志海，苑立波，楊軍，拋物線形微結構單光纖光鑷的熔拉製作方法，中國專利，公開號CN1963583A];發明者濤張,強戴,軍楊,田鳳軍,濤耿,苑立波申請人:哈爾濱工程大學