CN104698532B - 一种基于椭圆芯光纤的单光纤光镊 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光纤技术研究领域，具体涉及的是一种能够稳定捕获粒子的基于椭圆芯光纤的单光纤光镊。基于椭圆芯光纤的单光纤光镊，包括椭圆芯光纤1，光纤光源2，将椭圆芯光纤(1)的一端与光纤光源2焊接，在椭圆纤芯中激励起沿椭圆纤芯长轴稳定分布的LP11模式光场，椭圆芯光纤1的另一端加工成楔形光纤尖，LP11模式光场在楔形端面处发生折射，出射光场在楔形光纤尖前方汇聚形成光学势阱。本发明提供一种新的单光纤光镊并进一步完善了单光纤光镊的功能；进一步简化了LP11模式光场的激励方法，降低了单光纤光镊的制作难度，提高了单光纤光镊的捕获效率；采用的器件价格低廉，制备方法简单，适合于在生物医学领域推广。
Description
技术领域
本发明属于光纤技术研究领域，具体涉及的是一种能够稳定捕获粒子的基于椭圆芯光纤的单光纤光镊。
背景技术
光镊作为一种探索微观世界的科学研究工具，由美国的科学家Ashkin和他的同事于1986年首次提出[Optical Letters,18(5):288-290,1986]。光镊技术使用汇聚激光束形成的光学势阱，对尺度在微米或者纳米量级的微粒进行非入侵式的捕获和操控。生物微粒本身对光具有良好的穿透性，利用光镊对微粒进行操控不会对微粒产生机械式损坏与伤害，而且几乎不会影响生物粒子的周围环境，因此，光镊技术特别适用于生物微粒的活体操作。同时，光镊在对微粒进行操控的同时，还可以对微粒间的微小作用力进行实时监测，因而光镊又可以作为粒子在相互作用过程中微小力的探针。这些特征使得光镊不仅是操控微小粒子的机械手，同时又是研究微小粒子静态和动态力学特性的理想工具。除此之外，光镊还可以应用在粒子筛选，纤维加工等领域。同时，光镊还可以通过标定后用于测量微观粒子系统产生的微小力或位移。对光镊技术进行分析与研究，可将其应用于微流控制，胶体、流体力学和非平衡热动力学等研究领域。更重要的是，对光镊技术进行分析与研究，有利于促进生物化学、生物物理学等需要对单一分子进行独立研究的领域的发展。随着光纤的诞生以及光纤技术的大力发展，光纤光镊技术凭借其体积小、造价低、使用灵活等优势得到快速的发展。
哈尔滨工程大学的张羽等人在其报道(Ryf R,Randel S,Gnauck A H,etal.Mode-division multiplexing over 96km of few-mode fiber using coherent 66MIMO processing[J].Lightwave Technology,Journal of,2012,30(4):521-531.)中提出，将输出波长为980nm的光纤光源尾纤与截止波长为1310nm的单模光纤错芯焊接，可以在单模光纤里激励起LP11模式，采用基于LP11模式的单光纤光镊可以对粒子进行多样操控，包括捕获、旋转以及轴向移动等。光纤光源尾纤与单模光纤的错芯焊接量直接决定着单光纤光镊的捕获质量，所以焊接时需要对光纤错芯量进行严格控制。本发明提出一种基于椭圆芯光纤的单光纤光镊，只需将输出波长为980nm的光纤光源尾纤与截止波长为1310nm的椭圆芯光纤1对准焊接，就可以获得能够沿着椭圆芯长轴方向稳定分布的LP11模式，减小了单光纤光镊的制作难度，提高了单光纤光镊的实验成功率
发明内容
本发明的目的在于提供一种体积小、能够稳定捕获粒子的基于椭圆芯光纤的单光纤光镊。
本发明的目的是这样实现的：
基于椭圆芯光纤的单光纤光镊，包括椭圆芯光纤1，光纤光源2，将椭圆芯光纤(1)的一端与光纤光源2焊接，在椭圆纤芯中激励起沿椭圆纤芯长轴稳定分布的LP11模式光场，椭圆芯光纤1的另一端加工成楔形光纤尖，LP11模式光场在楔形端面处发生折射，出射光场在楔形光纤尖前方汇聚形成光学势阱。
椭圆芯光纤1，椭圆芯长轴与短轴的长度之比约为2:1；截止波长为1310nm。
光纤光源2，具有合适的输出波长，以确保在椭圆芯光纤1中激励起稳定传输的LP11模式光场。
楔形光纤尖，角度为α的楔角，两楔面相交形成的棱边与椭圆纤芯的短轴平行。
本发明的有益效果在于：
本发明提供一种新的单光纤光镊并进一步完善了单光纤光镊的功能；进一步简化了LP11模式光场的激励方法，降低了单光纤光镊的制作难度，提高了单光纤光镊的捕获效率；采用的器件价格低廉，制备方法简单，适合于在生物医学领域推广。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为楔形光纤尖结构示意图。
图3为在椭圆芯光纤中传输的LP11模式光斑。
图4为LP11模式光束在椭圆芯光纤1中的光场分布示意图(注：图4中灰色部分代表LP11模式光束。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明进行更为详细的论述：
一种基于椭圆芯光纤的单光纤光镊。包括椭圆芯光纤1，光纤光源2。将椭圆芯光纤1的一端与光纤光源2焊接，在椭圆纤芯中激励起沿椭圆纤芯长轴稳定分布的LP11模式光场，椭圆芯光纤1的另一端加工成楔形光纤尖，LP11模式光场在楔形端面处发生折射，出射光场在楔形光纤尖前方汇聚形成光学势阱。
所述的椭圆芯光纤1，其特征是：椭圆芯长轴与短轴的长度之比约为2:1；截止波长为1310nm。
所述的光纤光源2，其特征是：具有合适的输出波长，以确保在椭圆芯光纤1中激励起稳定传输的LP11模式光场。
所述的楔形光纤尖，其特征是：角度为α的楔角，两楔面相交形成的棱边与椭圆纤芯的短轴平行。
实施例1
1、取一段椭圆芯光纤1，长度一般大于1米，在椭圆芯光纤1的一端，剥除光纤的涂覆层20--30mm，使用无纺布蘸取酒精和乙醚混合液，反复擦拭光纤外包层，直至清洁后备用；
2、用光纤切割刀将清洁后的椭圆芯光纤1的两个端面切割平整；
3、使用光纤磨锥机，将椭圆芯光纤1的一端磨出对称的楔形光纤尖，如图2所示，1’为楔形光纤尖端面；
4、用步骤1和2中的方法对光纤光源2的尾纤进行去除涂覆层、清洁以及平端面处理；
5、使用光纤焊接机，将椭圆芯光纤1与光纤光源2的尾纤进行焊接。
实施例2
如图1所示，一种基于椭圆芯光纤的单光纤光镊，包括椭圆芯光纤1，光纤光源2。
1、楔形光纤尖1的制备：结合图2，这里采用光纤磨锥机对椭圆芯光纤1进行研磨，最终形成楔形光纤尖，1’是楔形光纤尖端面；
2、LP11模式光束激发：为了能够在椭圆芯光纤1中激励起图3所示的LP11模式光场，将输出波长为980nm的光纤光源2的尾纤与截止波长为1310nm的椭圆芯光纤1对准焊接，LP11模式光束在椭圆纤芯中传输的形态如图4所示；
3、进行捕获验证实验：系统搭建完毕之后，打开光纤光源2，在椭圆芯光纤1中激励起LP11模式光束，该LP11模式光束经楔形光纤尖汇聚后形成稳定的光学势阱，从而实现对粒子的捕获。
Claims (3)
1.一种基于椭圆芯光纤的单光纤光镊，包括椭圆芯光纤(1)，光纤光源(2)，其特征在于：将椭圆芯光纤(1)的一端与光纤光源(2)焊接，在椭圆纤芯中激励起沿椭圆纤芯长轴稳定分布的LP11模式光场，椭圆芯光纤(1)的另一端加工成楔形光纤尖，LP11模式光场在楔形端面处发生折射，出射光场在楔形光纤尖前方汇聚形成光学势阱；所述的楔形光纤尖，角度为α的楔角，两楔面相交形成的棱边与椭圆纤芯的短轴平行。
2.根据权利要求1所述的一种基于椭圆芯光纤的单光纤光镊，其特征是：所述的椭圆芯光纤(1)，椭圆芯长轴与短轴的长度之比约为2:1；截止波长为1310nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于椭圆芯光纤的单光纤光镊，其特征是：所述的光纤光源(2)，具有合适的输出波长，以确保在椭圆芯光纤1中激励起稳定传输的LP11模式光场。
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