[發(fā)明專利]一種基于特種光纖的組合式光纖光鑷

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010931945.0
• 申請日: 2020-09-06
• 公開（公告）號: CN112068250B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 苑立波;杜佳豪
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號: G02B6/26
• 分類號: G02B6/26;G02B6/32;G21K1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供的是一種基于特種光纖的組合式光纖光鑷。其特征是：它由同軸雙波導(dǎo)光纖1、環(huán)形芯光纖2、錐臺3、菲涅爾衍射透鏡4組成。同軸雙波導(dǎo)光纖1的一端熔接一段環(huán)形芯光纖2，錐臺3是在環(huán)形芯光纖2纖端通過研磨而成，菲涅爾衍射透鏡4是用飛秒激光微加工系統(tǒng)在環(huán)形芯光纖2的包層201端面上加工而成。環(huán)形纖芯202傳輸?shù)墓饨?jīng)過錐臺3會聚成一個能穩(wěn)定捕獲粒子的勢阱，包層201傳輸?shù)墓饨?jīng)過菲涅爾衍射透鏡4能會聚成另一個捕獲粒子的勢阱。本發(fā)明可用于微粒的捕獲、彈射，可廣泛用于光動力操控等領(lǐng)域。

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種基于特種光纖的組合式光纖光鑷，可用于細(xì)胞或微粒的捕獲、彈射，屬于光動力操縱技術(shù)領(lǐng)域。

(二)背景技術(shù)

1986年，Askin和他的同事首次提出“光鑷”的概念[Optical Letters，18(5)：288-290，1986]，開拓了光捕獲微粒研究的新領(lǐng)域。目前，光鑷技術(shù)成為了探索微觀世界的科學(xué)研究通用工具。

光鑷，即用光來抓物體。但與之不同的是，光鑷是使粒子受到光的束縛從而達(dá)到“抓”的效果。光鑷可以使空間分辨率達(dá)到納米量級，使力的分辨率達(dá)到皮牛量級，使得時間分辨率達(dá)到毫秒量級。這使得人們能從單細(xì)胞水平以至單分子水平上研究生命體。過去幾十年的發(fā)展使這些工具從精密儀器轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨韧ㄓ玫姆肿由镂锢韮x器。目前，光鑷已經(jīng)成為生物科學(xué)中最廣泛使用的高精度定位技術(shù)和測量皮牛力的技術(shù)。

盡管傳統(tǒng)光鑷已經(jīng)取得了顯著的結(jié)果，但是在相當(dāng)多的環(huán)境中，它們的使用仍然受到限制。例如，使用通常工作距離很小的傳統(tǒng)光鑷系統(tǒng)很難使光束在厚樣品或混濁介質(zhì)中聚焦。此外，成本和可移植性問題也是它們廣泛使用的障礙。

為解決上述問題，2016年，蘇晨光等人公開了一種光鑷系統(tǒng)中的微球自動捕獲方法(申請?zhí)枺?01610832084.4)，能夠自動識別、捕獲800nm–10um的粒子，有效的提高實(shí)驗(yàn)的效率，減輕實(shí)驗(yàn)者的工作量，并提升實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。同年，黃維等人公開了一種基于四芯螺旋光纖的光纖光鑷及其制作方法(申請?zhí)枺?01610412841.2)。將四芯光纖進(jìn)行扭轉(zhuǎn)之后，形成螺旋光纖，從而形成光纖光鑷2017年，張永惠等人公開了一種基于斜光線環(huán)形光場的階躍多模光纖光鑷(申請?zhí)枺?01721083580.0)，在多模光纖纖芯中，構(gòu)造完全由斜光線構(gòu)成的環(huán)形光場，將光纖頭研磨后，形成光強(qiáng)梯度場，從而捕獲細(xì)胞或飛升級的微液滴。

此外，申請人在2010年公開了一種基于同軸雙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的吞吐式光纖光鑷及制備方法(申請?zhí)枺?01010215424.1)。利用同軸雙波導(dǎo)光纖對微粒進(jìn)行操控，通過調(diào)節(jié)改變光源光功率，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定捕獲粒子的吞吐、發(fā)射，甚至吸回，同時，對微粒的捕獲更加靈活、準(zhǔn)確，具備可調(diào)節(jié)性，大大提高了光纖光鑷技術(shù)的實(shí)用性。

以上專利，雖然都能對粒子進(jìn)行捕獲、吞吐等操控，但是他們大多一次只能操控一個粒子且功能比較單一。

本發(fā)明公開了一種基于特種光纖的組合式光纖光鑷。可用于細(xì)胞或微粒的捕獲、彈射，可廣泛用于細(xì)胞操控等領(lǐng)域。在同軸雙波導(dǎo)光纖的一端熔接一小段環(huán)形芯光纖。將環(huán)形芯光纖端研磨成錐臺，使其環(huán)形芯能會聚形成三維穩(wěn)定捕獲勢阱。同軸雙波導(dǎo)光纖中的中間纖芯中傳輸?shù)墓獾江h(huán)形芯光纖的包層后，經(jīng)過菲涅爾透鏡會聚成另一個焦點(diǎn)。與在先技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢為：一方面，環(huán)形芯通過錐臺形成一個焦點(diǎn)，環(huán)形芯光纖的中間包層通過衍射透鏡形成一個聚焦點(diǎn)，可以同時捕獲兩個有一定距離的粒子；也可以對同軸雙波導(dǎo)光纖的中間芯和環(huán)形芯分別通光，每次只捕獲一個粒子。另一方面，通過設(shè)計(jì)包層端面的菲涅爾衍射透鏡的焦距，使得透鏡焦距與環(huán)形芯焦距相近，即可利用環(huán)形芯捕獲粒子，中間焦點(diǎn)用來彈射粒子，中間芯是通過衍射透鏡會聚的光束，將光束進(jìn)行了壓縮，與直接出射的高斯光束相比，彈射加速區(qū)域更長。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、同時具有捕獲單個、多個細(xì)胞、且具有彈射功能的多功能復(fù)合的光纖光鑷及系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：