[發明專利]基于同軸雙波導結構的吞吐式光纖光鑷及制備方法

有效

• 申請號: 201010215424.1
• 申請日: 2010-07-02
• 公開（公告）號: CN101907743A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 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: G02B6/26
• 分類號: G02B6/26;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。本發明也涉及一種光纖光鑷的制備方法。

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，又公開了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制備方法。

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、輸出波長為λ₁的LD光源2、輸出波長為λ₂的LD光源3、波分復用裝置4和標準單模光纖5組成；輸出波長為λ₁的LD光源2和輸出波長為λ₂的LD光源3的輸出端與波分復用裝置4的兩輸入端連接，波分復用裝置4的輸出端與同軸雙波導光纖1耦合連接，所述耦合連接是在耦合過程中監視耦入到同軸雙波導光纖1中的光強分布、直到耦入到兩波導芯中的光功率相等為止，同軸雙波導光纖1的另一端經精細研磨制備成錐體結構。

所述的同軸雙波導光纖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位于中心，環形波導纖芯101位于圓形波導纖芯102外，環形波導纖芯101和圓形波導纖芯102同軸。

所述的錐體結構的角度α的角度范圍為：π/2-arcsin(n_liquid/n_core)＜α＜π/2。

本發明的基于同軸雙波導結構的吞吐式光纖光鑷的制備方法為：

步驟1，光源注入：將輸出波長為λ₁的LD光源2和輸出波長為λ₂的LD光源3與波分復用裝置4常規連接后，將同軸雙波導光纖1的一端進行涂敷層祛除、切割，然后與波分復用裝置輸出端的普通單芯光纖5進行熔融拉錐耦合連接，過程中進行光功率監測，直到耦合到同軸雙波導光纖中的光功率達到最大且相等時停止拉椎；

步驟2，錐體研磨：將經步驟1操作后的同軸雙波導光纖1的另一端進行精細研磨，成圓錐體形狀103，半錐角α控制在π/2-arcsin(n_liquid/n_core)＜α＜π/2的范圍內；

步驟3，錐體拋光：將研磨好的光纖錐體進行拋光，放在超聲清洗槽中清洗、烘干備用；

步驟4，吞吐操作：通過調節兩輸入光源光功率，使得同軸雙波導光纖1的兩纖芯中的光功率比發生變化，實現此光鑷的吞吐功能。