[發明專利]基于同軸雙波導結構的吞吐式光纖光鑷及動力學控制方法

有效

• 申請號: 201010215348.4
• 申請日: 2010-07-02
• 公開（公告）號: CN101950049A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 苑立波;張羽;楊軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G02B6/255
• 分類號: G02B6/255;G02B6/036;G02B6/25;G21K1/00
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技術領域

本發明涉及的是一種光纖光鑷。本發明還涉及一種光纖光鑷的動力學控制方法。

背景技術

光鑷是利用光強度分布的梯度力和散射力俘獲和操縱微小粒子的工具。1986年Askin在“Observation?of?a?single-beam?gradient?force?optical?trap?for?dielectric?particles”一文中提出一種基于單束激光的三維光學勢阱，用于實現對粒子的三維空間控制，因為此光束可以實現空間對微小粒子的夾持，因此得名“光鑷”，這篇文章發表在Opt.Lett.11，288-290。此后，光鑷技術發展迅速，成為重要的研究技術手段，并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，對于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。

由傳統光鑷發展至光纖光鑷技術以來，產生多種光纖光鑷系統，例如：E.R.Lyons等人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，這篇文章于1995年發表在Appl.Phys.Lett.66，1584-1586；為了進一步對所捕獲的微小粒子的姿態進行控制，名為“用來俘獲微小粒子的雙芯單光纖光鑷及其制作方法”，公開號為CN101149449的中國發明專利文件中又給出了一種雙芯光纖光鑷。此后，又陸續出現苑立波等人提出的基于環形多芯光纖的光鑷，公開號為CN101236275；和集成于單根光纖的多光鑷，公開號為CN101251620等新型光鑷，這些新型光鑷多能實現對微粒進行捕獲、空間定位、使其空間旋轉等功能，但從未見可以發射捕獲粒子的光鑷報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在具備對微粒進行捕獲、空間定位等基本功能基礎上還可以實現對捕獲微粒的吞吐功能的基于同軸雙波導結構的吞吐式光纖光鑷。本發明的目的還在于提供一種基于同軸雙波導結構的吞吐式光纖光鑷的動力學控制方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明的基于同軸雙波導結構的吞吐式光纖光鑷主要由同軸雙波導微結構光纖1、波長可調LD光源2和標準單模單芯光纖3構成，同軸雙波導微結構光纖1通過熔融拉椎的方式與標準單模單芯光纖3耦合連接，標準單模單芯光纖3的另一側與波長可調LD光源2連接，同軸雙波導微結構光纖1的另一端進行精細研磨成圓錐體形狀103。

所述同軸雙波導微結構光纖1包括一個環形波導纖芯101和一個圓形波導纖芯102，圓形波導纖芯102位于光纖中心，環形波導纖芯101位于圓形波導纖芯102外，兩纖芯同軸分布。

所述圓錐體形狀103的半錐角α控制在π/2-arcsin(n_liquid/n_core)＜α＜π/2的范圍內。

本發明的基于同軸雙波導結構的吞吐式光纖光鑷的動力學控制方法為：由同軸雙波導微結構光纖1、波長可調LD光源2和標準單模單芯光纖3構成基于同軸雙波導結構的吞吐式光纖光鑷；同軸雙波導微結構光纖1通過熔融拉椎的方式與標準單模單芯光纖3耦合連接，標準單模單芯光纖3的另一側與波長可調LD光源2連接，同軸雙波導微結構光纖1的另一端進行精細研磨成圓錐體形狀103；通過調節改變波長可調LD光源2的波長，實現穩定捕獲粒子的吞吐、發射、吸回。

本發明的優點和特點是：

這種基于同軸雙波導結構的光纖光鑷的主要優點在于利用同軸雙波導光纖對微粒進行操控，通過調節注入光源的波長，即波長調制的方法，可實現穩定捕獲粒子的吞吐，即可發射微粒，又可將其吸回。

同時，基于同軸雙波導結構的吞吐式光鑷對微粒的捕獲更加靈活、準確，具備可調節性，大大提高了光纖光鑷技術的實用性。

附圖說明

圖1基于同軸雙波導結構光纖的吞吐式光纖光鑷的系統結構示意圖。

圖2同軸雙波導光纖剖面結構示意圖。

圖3單模光纖與同軸雙波導光纖耦合連接示意圖。

圖4同軸雙波導光纖端研磨錐體示意圖。

圖5基于同軸雙波導光纖的吞吐式光纖光鑷系統等效圖。

圖6吞吐式光纖光鑷實現吞吐功能示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述：