[發(fā)明專利]一種靈活的光學(xué)微手系統(tǒng)及粒子操控方法

有效

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• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113707356B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 苑立波;楊世泰
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號: G21K1/00
• 分類號: G21K1/00;G02B6/42
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• 代理人: 暫無信息

1.一種靈活的光學(xué)微手系統(tǒng)，其特征是：所述的光學(xué)微手系統(tǒng)包括十通道動力光源、光纖耦合器、第一光纖衰減器、第二光纖衰減器、光纖相位調(diào)制器、三芯光纖扇入扇出器、三芯光纖、九芯光纖扇入扇出器、九芯光纖、顯微鏡、計(jì)算機(jī)；其中(1)九芯光纖的九個纖芯呈3×3方形網(wǎng)格分布，一個中間芯為三模纖芯，八個周邊芯為單模纖芯；(2)九芯光纖的輸出纖端有錐體圓臺結(jié)構(gòu)；(3)十通道動力光源的第一至第八輸出通道和九芯光纖扇入扇出器的八個周邊芯輸入光纖分別連接，輸入九芯光纖八個周邊纖芯內(nèi)傳輸?shù)牟倏v光束可被纖端錐體圓臺反射聚焦；(4)十通道動力光源第九通道和光纖耦合器連接后分成等功率的兩路，其中一路依次接上第一光纖衰減器和光纖相位調(diào)制器后輸入三芯光纖扇入扇出器的第一通道，另一路接上第二光纖衰減器后輸入三芯光纖扇入扇出器的第二通道；(5)十通道動力光源的第十通道和三芯光纖扇入扇出器的第三通道連接；(6)三芯光纖和九芯光纖扇入扇出器的中間芯通道連接，三芯光纖扇入扇出的第一通道和第二通道分別對應(yīng)激發(fā)九芯光纖中間三模纖芯的兩個LP₁₁模式，通過對第一、第二光纖衰減器以及光纖相位調(diào)制器的調(diào)節(jié)，能組合生成三模纖芯內(nèi)的一階渦旋光，三芯光纖扇入扇出器的第三通道可激發(fā)九芯光纖中間三模纖芯的LP₀₁模式。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靈活的光學(xué)微手系統(tǒng)，其特征是：所述的九芯光纖的纖芯外有摻氟的低折射率隔離層。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靈活的光學(xué)微手系統(tǒng)，其特征是：所述的三芯光纖包括最外層的氟摻雜低折射率包層、純石英包層和三個三角分布的模場有效折射率不同的單模纖芯。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靈活的光學(xué)微手系統(tǒng)，其特征是：所述的九芯光纖扇入扇出器是通過將八根雙包層光纖和三芯光纖插入摻氟的九孔套管后，絕熱拉錐、切割，并與九芯光纖熔接而成；八根雙包層光纖在拉錐后對應(yīng)連接九芯光纖的周邊纖芯，三芯光纖在拉錐后對應(yīng)連接九芯光纖的中間芯，形成九芯光纖中間芯的模分復(fù)用器。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靈活的光學(xué)微手系統(tǒng)，其特征是：所述九芯光纖纖端錐體圓臺的斜面上可鍍有一層反射金屬膜。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靈活的光學(xué)微手系統(tǒng)，其特征是：所述的九芯光纖纖端具有光纖布拉格光柵，系統(tǒng)內(nèi)有配套的光纖光柵解調(diào)儀，用于纖端的溫度感測。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靈活的光學(xué)微手系統(tǒng)，其特征是：所述光學(xué)微手系統(tǒng)的粒子姿態(tài)調(diào)整操控方法為：

1)對所述九芯光纖的九個纖芯進(jìn)行編號，記為C_ij，其中i和j分別為行號和列號，按照功能分類，九個纖芯可分為2組，包括捕獲纖芯組和旋轉(zhuǎn)纖芯組；

2)其中捕獲纖芯組包括C₁₁、C₁₃、C₃₁和C₃₃纖芯，該組纖芯內(nèi)的動力光束經(jīng)過纖端錐體圓臺的反射后，在纖端前聚焦，形成三維光鑷，能穩(wěn)定捕獲微粒；

3)旋轉(zhuǎn)纖芯組可分為xoy、yoz和xoz面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，其中纖芯C₂₁和C₂₃內(nèi)傳輸?shù)膭恿馐?jīng)過纖端錐體圓臺反射后可作用于捕獲的微粒上，通過控制兩個纖芯內(nèi)的動力光束的功率可操控微粒在xoz面的順時針和逆時針旋轉(zhuǎn)；纖芯C₁₂和C₃₂內(nèi)傳輸?shù)膭恿馐?jīng)過纖端錐體圓臺反射后可作用于捕獲的微粒上，通過控制兩個纖芯內(nèi)的動力光束的功率可操控微粒在yoz面的順時針和逆時針旋轉(zhuǎn)；纖芯C₂₂為少模纖芯，可通過輸入可三芯光纖扇入扇出器的第一、第二通道來控制C₂₂芯渦旋光的左旋、右旋方向和強(qiáng)度，渦旋光作用于被捕獲微粒上，使捕獲微粒在xoy面內(nèi)順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)；

4)以上步驟可實(shí)現(xiàn)微粒的三維捕獲和三維旋轉(zhuǎn)操作，即可在顯微鏡下實(shí)現(xiàn)微粒的任意姿態(tài)調(diào)整。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靈活的光學(xué)微手系統(tǒng)，其特征是：所述光學(xué)微手系統(tǒng)的粒子姿態(tài)定向扔出的操控方法為：

1)對所述九芯光纖的九個纖芯進(jìn)行編號，記為C_ij，其中i和j分別為行號和列號；

2)其中C₁₁、C₁₃、C₃₁和C₃₃纖芯內(nèi)的動力光束經(jīng)過纖端錐體圓臺的反射后，在纖端前聚焦，形成三維光鑷，能穩(wěn)定捕獲微粒；

3)纖芯C₂₂為少模纖芯，可通過輸入可三芯光纖扇入扇出器的第一、第二通道來控制C₂₂芯渦旋光的左旋、右旋方向和強(qiáng)度，渦旋光作用于被捕獲微粒上，使捕獲微粒在xoy面內(nèi)定位、定軸旋轉(zhuǎn)；

4)在通過三芯光纖扇入扇出器的第一、第二通道來控制微粒定軸旋轉(zhuǎn)的同時，可向三芯光纖扇入扇出器的第三通道內(nèi)注入動力光束，將捕獲的粒子旋轉(zhuǎn)射出，實(shí)現(xiàn)定向扔出功能。