CN106094099A - 基于四芯螺旋光纤的光纤光镊及其制作方法 - Google Patents

基于四芯螺旋光纤的光纤光镊及其制作方法 Download PDF

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Abstract

一种基于四芯螺旋光纤的光纤光镊，其创新在于：所述光纤光镊由微纳光纤构成；所述微纳光纤内设置有4根微纳纤芯；所述微纳纤芯以螺旋形式分布于微纳光纤内；在微纳光纤的任一横截面上，4根微纳纤芯与微纳光纤轴心的间距相同，且4根微纳纤芯沿微纳光纤的周向均匀分布；4根微纳纤芯分别形成4个螺旋结构体，4个螺旋结构体的螺距相同、螺径相同。本发明的有益技术效果是：提供了一种新的光纤光镊，该光纤光镊可以仅通过调节入射光参数就能使微小粒子产生旋转运动。

Description

基于四芯螺旋光纤的光纤光镊及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种光镊，尤其涉及一种基于四芯螺旋光纤的光纤光镊及其制作方法。
背景技术
光镊是一种能够对微小颗粒进行捕捉的装置，目前应用范围极广；现有技术中，用于形成光镊的手段一般有两种：一种是通过激光器产生激光束，然后由扩束器和光强调节器对激光束进行处理，处理后得到的光束被导入显微镜系统中，通过光束形成的光阱来捕获微粒子，这种光镊的硬件系统体积较大，不利于小型化；另一种是光纤光镊，即利用光纤出射激光光束实现对粒子的操控，光纤光镊的体积较小，且可以独立于显微镜系统，应用前景巨大；虽然光纤光镊优势明显，但也存在一些缺陷：被光纤光镊所捕获的微粒仅能静止于光场内，或通过光纤光镊自身整体的前进或后退引导微粒进行简单的一维直线运动；而在工程应用中，往往还需要微粒改变角度，采用现有的光纤光镊来实现角度调节时，需要另外增加多组光纤光镊在不同角度控制住微粒后配合调节微粒子的角度，这种角度调节方式仍与分立透镜式光镊一样属于非集成组合式操作，系统复杂，且十分不便于连续调节操作。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种基于四芯螺旋光纤的光纤光镊，其创新在于：所述光纤光镊由微纳光纤构成；所述微纳光纤内设置有4根微纳纤芯，所述微纳纤芯以螺旋形式分布于微纳光纤内；在微纳光纤的任一横截面上，4根微纳纤芯与微纳光纤轴心的间距相同，且4根微纳纤芯沿微纳光纤的周向均匀分布；4根微纳纤芯分别形成4个螺旋结构体，4个螺旋结构体的螺距相同、螺径相同。
本发明的原理是：光与物质作用时具有力的效果（吸附或者压力）；在本发明的光纤光镊中，四根微纳纤芯分别形成了四条螺旋光路，基于现有理论可知，当入射光进入螺旋光路后，由螺旋光路所形成的轨道角动量就会作用在光束上，即光束的截面上会有横向力，使得光束与物质的作用力不局限于光束传播方向，最终，在微纳光纤的输出端，我们能获得四路矢量光，在四路矢量光所形成的叠加光场内，四路矢量光又会发生耦合，光场能量会沿着螺旋结构传输过程而交替变换，在四路矢量光的交汇处就会形成一个光阱，当微小粒子在光阱内受到的作用力处于平衡状态时，微小粒子就被光阱所捕获了，当我们需要使微小粒子运动时，只需改变其中一根微纳纤芯的入射光参数（光强或光的偏振态），就会使得矢量光场内的光合力发生变化，原来作用在微小粒子上的力学平衡被破坏，为了取得新的力学平衡，微小粒子就会在新的光合力的作用下发生运动并重新获得力学平衡状态，当我们需要使微小粒子不断旋转时，只需按一定规律周期性地逐一改变4个微纳纤芯的入射光参数，微小粒子就会不断地旋转；与现有的光纤光镊相比，本发明可以仅通过调节入射光参数就能使微小粒子运动或旋转，不需要移动光纤光镊或外加多组专门用于调节微粒子角度的光场，系统复杂度更低，且本发明中用于捕获微粒子的光阱是由四路矢量光叠加而成，相比于现有的光纤光镊，在捕获相同尺度的微粒子时，本发明可以在光源功率更小的条件下实现微粒子的三维操控，且由于光源功率更小，可以有效降低光场内的光辐射，减缓光场周围空间的温升速率，当用于对活体分子进行操作时，可以减缓活体分子周围的温升速率，提高活体分子的存活率，另外，温升速率的降低，也能有效改善光场附近气体的热对流，有利于提高操作的精确性和可控性；此外，由于单独调节任何一个微纳纤芯的入射光参数都可以使微小粒子运动，这就使得光纤光镊对微小粒子进行操纵时的自由度也大大提高了。
在本发明阐释出了本发明的原理后，本领域技术人员应该明白，具有中心对称结构的多芯微纳光纤（如六芯、八芯、十芯等）均能实现本发明的发明目的，但考虑到实际操作性以及工艺难度，建议采用四芯微纳光纤来制作光纤光镊。
优选地，所述光纤光镊的一端熔接有四根相互独立的传输光纤，四根传输光纤和四根微纳纤芯一一对应。四根传输光纤分别用于为四根微纳纤芯传导入射光，光纤光镊上与传输光纤相对的另一端用于操作微粒。
为了便于本领域技术人员实施，本发明还公开了一一种基于四芯螺旋光纤的光纤光镊的制作方法，该方法的步骤如下：1）制作四芯微纳光纤；2）用两副夹具将四芯微纳光纤两端夹持住，3）对四芯微纳光纤进行加热，待四芯微纳光纤的包层软化后，控制两副夹具以四芯微纳光纤的轴心为转动轴转动，且两副夹具的转动方向相反；两副夹具转动一定角度后，控制夹具驻停，待包层冷却后，将四芯微纳光纤上与夹具接触的部分切除，光纤光镊制作完成。
本发明的有益技术效果是：提供了一种新的光纤光镊，该光纤光镊可以仅通过调节入射光参数就能使微小粒子产生旋转运动。
附图说明
图1、本发明的结构示意图；
图中各个标记所对应的名称分别为：微纳光纤1、微纳纤芯2。
具体实施方式
一种基于四芯螺旋光纤的光纤光镊，其创新在于：所述光纤光镊由微纳光纤构成；所述微纳光纤内设置有4根微纳纤芯；所述微纳纤芯以螺旋形式分布于微纳光纤内；在微纳光纤的任一横截面上，4根微纳纤芯与微纳光纤轴心的间距相同，且4根微纳纤芯沿微纳光纤的周向均匀分布；4根微纳纤芯分别形成4个螺旋结构体，4个螺旋结构体的螺距相同、螺径相同。
进一步地，所述光纤光镊的一端熔接有四根相互独立的传输光纤，四根传输光纤和四根微纳纤芯一一对应。
一种基于四芯螺旋光纤的光纤光镊的制作方法，其创新在于：该方法的步骤如下：1）制作四芯微纳光纤；2）用两副夹具将四芯微纳光纤两端夹持住，3）对四芯微纳光纤进行加热，待四芯微纳光纤的包层软化后，控制两副夹具以四芯微纳光纤的轴心为转动轴转动，且两副夹具的转动方向相反；两副夹具转动一定角度后，控制夹具驻停，待包层冷却后，将四芯微纳光纤上与夹具接触的部分切除，光纤光镊制作完成。

Claims (3)

1.一种基于四芯螺旋光纤的光纤光镊，其特征在于：所述光纤光镊由微纳光纤构成；所述微纳光纤内设置有4根微纳纤芯；所述微纳纤芯以螺旋形式分布于微纳光纤内；在微纳光纤的任一横截面上，4根微纳纤芯与微纳光纤轴心的间距相同，且4根微纳纤芯沿微纳光纤的周向均匀分布；4根微纳纤芯分别形成4个螺旋结构体，4个螺旋结构体的螺距相同、螺径相同。
2.根据权利要求1所述的基于四芯螺旋光纤的光纤光镊，其特征在于：所述光纤光镊的一端熔接有四根相互独立的传输光纤，四根传输光纤和四根微纳纤芯一一对应。
3.一种基于四芯螺旋光纤的光纤光镊的制作方法，其特征在于：该方法的步骤如下：1）制作四芯微纳光纤；2）用两副夹具将四芯微纳光纤两端夹持住，3）对四芯微纳光纤进行加热，待四芯微纳光纤的包层软化后，控制两副夹具以四芯微纳光纤的轴心为转动轴转动，且两副夹具的转动方向相反；两副夹具转动一定角度后，控制夹具驻停，待包层冷却后，将四芯微纳光纤上与夹具接触的部分切除，光纤光镊制作完成。
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