[發明專利]雙向錐體光纖微小粒子旋轉器

有效

• 申請號: 201110113927.2
• 申請日: 2011-05-04
• 公開（公告）號: CN102231292A
• 公開（公告）日: 2011-11-02
• 發明（設計）人: 苑立波;畢思思
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G21K1/00
• 分類號: G21K1/00;G02B6/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種微小粒子旋轉器，特別是一種利用錐體光纖形成的倏逝場產生光輻射壓力驅動雙體微小粒子旋轉的旋轉器。

背景技術

近些年來，微全分析系統(μTAS)也稱為單晶片上構建的實驗室已經在醫學研究、生物應用分析和化學領域掀起了巨大的研究浪潮。由微小粒子構成的旋轉器在微流系統中充當攪拌器這一至關重要的角色，因此設計和制備微小粒子旋轉器變得也越來越重要。為了獲得更高性能的旋轉器，人們開始使用光驅動。

1936年，R.A.Beth在實驗上讓一束圓偏振光通過細絲懸掛的半波片，首次利用光束中光子的角動量實現了物體的旋轉。自此以來人們一直在不停的探索著實現光致旋轉的方法。自從1986年Askin在Opt.Lett.11，288-290上發表文章“Observation?of?a?single-beam?gradient?force?optical?trap?for?dielectric?particles”把單束激光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，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”。也同時促進了光致旋轉的發展，光鑷是依靠一束強聚焦激光光束通過一個透明粒子(其折射率大于周圍介質的折射率)時產生的梯度力形成三維捕獲阱的。光鑷已經在物理、生物、膠體化學、納米科學等很多微觀科學領域得到了越來越廣泛的應用，人們已經利用光鑷來捕獲、操縱各種微小粒子，如細菌、動植物的細胞、聚四氟乙烯小球等。1991年Sato利用一束旋轉的高階Hermite-Gaussian光，首次實現了激光光阱中粒子的光致旋轉。目前實現光學旋轉主要采用三種方式：第一種方式是利用自旋角動量實現光致旋轉。第二種方式是利用軌道角動量引起的光致旋轉，軌道角動量與光場的特定空間分布相聯系，凡是場分布不均勻的光束一般都攜帶有軌道角動量。第三種方式是設計制作具有特定外形結構的微型器件，利用器件對光束的反射、折射、吸收等相互作用來實現器件的旋轉(祝安定，劉宇翔，郭銳，等.一種微型轉子的激光加工和光致旋轉.光電工程.2006，33(1)：10-13)。使用特殊形狀如風車狀的微粒，光束本身不攜帶角動量，可以是線偏振光也可以是非偏振光，其光致旋轉的原理類似風吹風車轉動，光場的光壓力作用在風車狀的微粒上會產生扭矩從而使微粒旋轉，其轉速與光強成正比(Bingelyte?V，Leach?J，Courtial?J.Optical?Controlled?Three-dimensional?Rotation?of?Microscopic?Objects.Appl.Phys.Lett.2003，(82)：829-831)。匈牙利科學院的Ormos小組在這方面做了大量的研究工作。這種方法的優點是微粒的轉速與方向可以人為控制，缺點是受到微粒的形狀的限制。Bayoudh等人使用此方法成功地旋轉了菠菜的葉綠體。另外還有雙光纖法、雙光阱法、干涉激光模式法等多種巧妙的方法。這些光學旋轉方法的巧妙之處一般都在于光阱激光模式的選擇以及光路的設計思想，但是樣品粒子的制作對加工工藝依賴性比較強，這些方法還有待進一步改進和完善。但目前為止都是采用激光形成光鑷進行驅動。由于激光光鑷體積比較龐大，不易移動，造價高等不足我們提出雙向錐體光纖進行驅動。