[發明專利]一種非接觸式單光纖光鑷及其制備方法

有效

• 申請號: 201911067492.5
• 申請日: 2019-11-04
• 公開（公告）號: CN110927878B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 苑立波;楊世泰;鄧洪昌
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G02B6/26
• 分類號: G02B6/26;G02B6/255;G21K1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供的是一種非接觸式單光纖光鑷及其制備方法。它由纖芯圓周對稱分布的特種光纖以及在其端面制備的的一個對稱的反射錐臺組成。所述的反射錐臺結構是由特種光纖和無芯光纖焊接、拉錐并精密切割后形成，該錐臺結構能夠全反射特種光纖對稱分布的纖芯內傳輸的光束，在端面外聚焦，形成捕獲點。本發明可用于單個微小粒子的非接觸式捕獲、操縱與測量，可廣泛用于單細胞操縱與測量領域。

技術領域

本發明涉及的是一種非接觸式單光纖光鑷及其制備方法，屬于光操縱技術領域。

背景技術

光鑷技術的提出為微小粒子的操縱、測試提供了一個強大的工具，尤其是在基于單細胞分析的生命科學領域，正是由于光鑷的發明才使得對單細胞的操作分析隨心所欲。

光鑷可以分為傳統光鑷和光纖光鑷兩類。傳統光鑷通常包含高數值孔徑的物鏡、二向色鏡、光源、反射鏡等空間光學元件，并且當傳統空間光鑷與空間光調制器或者聲光調制器等功能性光學器件結合，其強度大的光場調控能力使得對微小粒子的操縱更加方便、實用。但是一方面，這些空間光學器件通常來說都是相對昂貴的，一臺高效的空間光鑷系統也是造價不菲。另一方面，空間光鑷具有相對較大的體積，并且固定的空間光路使其不適用于活體在體的捕獲與測量。而光纖光鑷就具備這些空間光鑷所不具備的優勢。首先，光纖的直徑僅有125微米，并且可任意彎曲，空間靈活性高，這為無創的活體在體單細胞捕獲和探測提供了很大的靈活性；其次光纖的造價便宜，一次拉制可以制備上百公里的光纖，這使得光纖光鑷的成本相對于空間光鑷來說要低得多。

光纖光鑷的種類很多，基于不同的光纖、不同的微結構，各式各樣的光纖光鑷被提出。通常來說，單光纖光鑷是要在光纖的尖端制備微結構，形成聚焦的光場以提供足夠的梯度力捕獲微粒。多芯光纖光鑷結合端面錐臺結構是經典的光纖光鑷形式，例如專利CN100498394C提出的雙芯光纖拉錐光鑷，其將雙芯光纖拉錐，制備出一個能壓縮兩束光場的尖端，實現微粒的捕獲。但是該錐形的制備改變了雙芯光纖的波導結構，聚焦點位于光纖的尖端，捕獲的微粒與光纖的尖端相接觸。為了解決非接觸式捕獲的問題，專利CN201611215144.4提出采用光纖端研磨的方法制備反射錐臺結構，但是研磨的工藝需要長時間的精密拋光，并且研磨的時候錐臺結構的軸對稱性難以控制的很好。另外專利CN100580490C還提出在光纖端制備多個角度的斜面錐臺結構，從而實現多個聚焦結構，實現基于單根光纖的多捕獲點光鑷，同樣也是需要對光纖端進行研磨加工，制備工藝耗時、耗力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種非接觸式單光纖光鑷及其制備方法。

本發明的目的是這樣實現的：

一種非接觸式單光纖光鑷。它由纖芯圓周對稱分布的特種光纖以及在其端面制備的的一個對稱的反射錐臺組成。所述的反射錐臺是由特種光纖和無芯光纖焊接、拉錐并精密切割后形成，該錐臺結構能夠全反射特種光纖對稱分布的纖芯內傳輸的光束，在端面外聚焦，形成捕獲點。

所述的纖芯圓周對稱分布的特種光纖可以是纖芯圓周對稱分布的多芯光纖，也可以是具有一個環形芯的環形芯光纖。

所述的反射錐臺是由纖芯圓周對稱分布的特種光纖和無芯光纖熔接后，在無芯光纖上，偏離焊點一段距離拉錐，并在錐體的漸變區域切割，形成的光滑、對稱弧形反射錐臺。反射錐臺的形狀與拉錐的參數有關，當錐長且平緩時，反射聚焦能量分布較松散，捕獲力較弱，當錐短且陡時，反射聚焦點能量集中，捕獲力較大。

通過調整拉錐的位置與焊點之間的距離大小，可以調整特種光纖纖芯中出射光束在無芯光纖中傳輸的發散程度，距離越大，光束出射的發散程度越大，光束經由錐臺反射聚焦后在光纖軸向上能量分布長，有利于桿狀的粒子的穩定捕獲。

所述的特種光纖可以具備中間纖芯，反射錐臺結構可以是由單模光纖與纖芯圓周對稱分布的特種光纖熔接、拉錐并精密切割后，形成的具有中間芯波導結構的弧形反射錐臺。中間芯光束能夠通過纖端錐形單模光纖纖芯壓縮輸出，對捕獲粒子進行光動力調整。