CN112071462A - 一种可调单光纤微粒输送器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种可调单光纤微粒输送器。其特征是：它由多芯光纤、微球透镜以及微纳颗粒组成。本发明基于圆锥台结构对外侧多芯中光束的汇聚，实现了对微球透镜的捕获及其在光纤端面上的二维可控移动，又利用中央纤芯光束经过微球透镜后形成的强汇聚光束实现对微纳颗粒的三维捕获，由于特制粒子在特定光波段会存在Fano、表面等离子体共振现象，使得微纳颗粒主要表现出金属特性而被弹射出去，最终通过改变外侧多芯的光功率以及中央纤芯中光波波长就可以实现对微纳颗粒的精准捕获与弹射。本发明提高了光纤光镊的操控精度，改善了光纤光镊的捕获特性，并且实现了对粒子的定向弹射功能。装置主要用于对生物细胞、介质颗粒等微粒的推进输运。

Description

一种可调单光纤微粒输送器

(一)技术领域

本发明涉及的是一种可调单光纤微粒输送器，主要用于生物分子、生物细胞、药物颗粒、纳米团簇、胶体颗粒、介质颗粒等微小颗粒的光操纵、推进输运以及光纤集成器件应用，属于光纤技术领域。

(二)背景技术

1970年，Ashkin等首先提出利用光压操纵微小粒子的概念，利用多光束激光的二维势阱成功夹起并移动了水溶液中的小玻璃珠，后来，这种激光夹持微粒的技术经过不断改进，所能捕获的粒子尺寸越来越小。1986年，Ashkin等人采用大数值孔径显微物镜会聚单束激光，在水溶液样品中实现了对介质微球的三维光学捕获。这标志着“单光束梯度力光阱”的诞生，被称为“光镊”[Optics Lett ers,18(5):288-290,1986]。

光纤光镊克服了传统光镊的缺点，并以其结构简单、价格便宜、传输光路柔性强及捕获范围大等优点越来越受到了人们的广泛重视。光纤光镊系统是利用经处理的光纤端面出射的激光束来实现对粒子的微操控。与基于显微镜的光镊系统相比，光纤形成的光阱操纵灵活，被捕获的生物样品可以自由移动。微操纵系统简单适用，光纤可以深入到样品池中形成光阱，大大提高了光阱捕获范围，捕获光学系统从观察光学系统中分离出来，使得在系统中添加激光光束计量和光谱仪等测量设备有了较大的自由度。光纤光镊的激光输入端与带尾纤的半导体二极管激光器进行光纤活动连接，无需外部光学系统，结构特别简单。另外，半导体二极管激光器可以快速开关和调制，也满足了激光多种微操纵实验研究的需要。

最初发展的光纤光镊多为由多根光纤组成的多光纤光镊系统[Optics Communication,194(1-3):67-73,2001]，但由于其需要多个高精度电动微操控制多根光纤以实现微小粒子的捕获，使得光镊系统价格造价昂贵，因此逐渐被单光纤光镊系统[OpticsLetters,18(21):1867-1869,1993]所取代。利用单根光纤对粒子实现三维捕获操作，其光纤尖端需要经过特殊的加工，具体的加工方法有熔融拉锥法[Optics Express,14(25):12510-12516,2006]和特制研磨机研磨法。不同加工方法的共同目的是能够构建合适的光纤锥形端以实现大梯度光学捕获场的构建。

2013年研究者提出一种基于模式复用技术的单光纤光镊[Optics Letters,38(14):2617–2620,2013]，该光纤光镊可实现微小粒子捕获功能的同时还能使其在光纤主轴方向进行微小的可控移动，这对基于标准通信用光纤的单光纤光镊而言是其功能上的新突破。轴向位置可调实现后，自然会想到制备出横向位移同样可调的单光纤光镊，但鉴于光纤自身轴对称的特性，光束经光纤端汇聚后光场分布仍然关于光纤主轴对称，因此在捕获位置附近横向移动始终难于实现。

尽管有研究者提出系列报道[中国专利CN102147500A，CN101950049A，CN101907742A，CN101893736A，CN101881858A]，提出基于多芯光纤的单光镊技术，这些单光纤光镊技术虽然能够解决单光纤光镊在捕获粒子的基础上更进一步操作粒子的功能，却不能对粒子形成稳定的三维捕获。此后，又陆续出现苑立波等人提出的基于环形多芯光纤的光镊，公开号为CN101236275和集成于单根光纤的多光镊，公开号为CN101251620等新型光镊，这些新型光镊能实现对单微粒或者多微粒进行捕获、空间定位、使其空间旋转等功能。对于利用多芯光纤实现“光手”功能，同时控制透镜后方微纳颗粒的定向弹射，尚未见相关的报道。

在微粒输运的相关专利研究中，目前的相关报道[中国专利CN101950049B,CN101907742B,CN101893736B,CN101881858B]，提出的微粒输送的方法实际可行，但是对微粒的操控精度不够高，很多装置实际操作起来对微粒的操控很难达到纳米级别，而且对微粒的捕获不够灵活准确，可调节性不够。

为了拓展特种光纤器件的功能，更加灵活地俘获和操纵微粒，本专利提出了一种可调单光纤微粒输送器，在基于多芯的单光纤光镊前提下，通过改变通入外侧多芯的光功率，在捕获粒子的同时还能实现其在捕获位置附近横向可控移动，并通过把捕获的微粒看做具有汇聚作用的微球透镜，实现对中心纤芯光束的强汇聚，进而捕获纳米级别的微粒。通过对微球透镜在二维平面内的控制即改变外侧多芯的光功率以及输入到中央纤芯中光波波长，实现对后方捕获微纳颗粒的定向弹射。从而利用单光纤光镊实现对多微粒的操控，并实现对微纳颗粒的定向推进输送。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种利用多芯的单光纤光镊实现对多微粒的操控，并实现对微纳颗粒定向推进输送的可调单光纤微粒输送器。

本发明的目的是这样实现的：

该可调单光纤微粒输送器是由多芯光纤、外侧多芯、中央纤芯、包层、多芯光纤圆锥台纤端、多芯光纤端面、微球透镜以及微纳颗粒组成。所述器件中给多芯光纤的外侧多芯中每一根纤芯通入不同功率的光波5，该光波经过多芯光纤圆锥台纤端的全反射后并从多芯光纤端面折射出去后形成汇聚光束，微球透镜被稳定地三维捕获在汇聚光束的焦点附近处。由于可以通过外部控制通入到外侧多芯的光波5的光功率，从而对汇聚光束的空间分布实施调控，实现对微球透镜的捕获点的空间位置的调节，最终实现微球透镜在多芯光纤端面上的二维移动。而当向中央纤芯中注入光波6后，该光波会从多芯光纤端面出射并被微球透镜汇聚形成强聚焦光束，该光束能够精准地俘获微纳颗粒。当向中央纤芯通入光波7时，从多芯光纤端面出射的光波同样会被微球透镜汇聚形成强聚焦光束，若该光波会引起微纳颗粒发生Fano共振或表面等离子体共振，则微纳颗粒会在光波7强辐射压力的作用下脱离光波6的束缚并弹射出去。通过微球透镜的二维移动可实现对强聚焦光束的传输路径的改变，这样微纳颗粒就会沿着传输路径被定向弹射到设定区域中，通过对光波5、6和7的控制就可实现对微纳颗粒捕获点和弹射输运路径的调节与控制。

下面将详细阐述基于多芯光纤的单根光纤光镊的粒子光操纵器件的微粒定向推进输运原理。

在多芯光纤中纤芯光源输入由多芯光纤连接器来实现。该多芯光纤连接器将光源与外侧多芯连接时，通过改变通入多芯光纤连接器中的光功率大小，实现对外侧多芯中每一根纤芯光功率大小的控制，当纤芯处于同一光功率时，外侧多芯中通入的光波经过圆锥台的全反射以及光纤端面的折射后，汇聚在光纤端面中心，微球透镜在光阱力的作用下被俘获在纤端中心。当通入外侧多芯中每根纤芯的光波功率不一致时，在纤端汇聚时焦点会发生对应的移动，微球透镜又再一次的被拉回束缚在焦点处，通过主观的控制外侧多芯光功率的大小，就可以实现微球透镜在二维平面内的光俘获与操纵。

多芯光纤纤端圆台的底角θ满足以下关系：

θ≥arcsin(n_m/n₁) (1)

其中n_m为光纤纤端周围环境的折射率，n₁为外侧多芯纤芯的折射率。满足这种条件时，通入多芯光纤中周围纤芯的光波在经过此圆锥台时，符合全反射的条件，使光波没有泄露，全部反射到光纤端面上，进而外侧多芯中的光波在纤端汇聚，产生第一个光阱位置。可选的，在圆锥台的磨锥或者拉锥区域也可以增镀一层金属膜(反射膜)，此时锥角将不受限制，从而更有效的对光波进行收集。

通过几何光学的学习，我们了解到当给球透镜通光时，透镜会对光束进行两次折射然后汇聚在焦点处，当对透镜进行垂直光束方向进行移动时，光束汇聚的焦点会对应发生改变。对于我们设计的器件来说，中央纤芯的光束通过可操控的尺寸在微米级别的微球透镜之后，会形成强汇聚焦点，即产生第二个光阱位置。汇聚光场足以控制纳米级别的粒子，当我们对透镜进行可操控的移动之后，强聚焦点位置捕获的纳米粒子也可以实现精准的操控。

采用特殊结构的微纳颗粒，例如介质材料、生物材料或其他透明材料中的一种。可选的，材质也可以是透明材料和非透明材料混合或层叠材料。该种结构的粒子处于光波长变化的光场中时，会存在Fano共振和等离子体共振的现象。法诺共振(Fano resonance)是一种会产生非对称线形的散射共振现象。背景和共振散射之间的干涉产生一种非对称的线形。背景和共振散射之间的干涉产生一种非对称的线形。法诺共振的线形来自于两个散射振幅的干涉，一个是连续态的散射(与背景相关)，另一个则是离散态的激发(与共振相关)。共振态的能量必须处于连续态的能量范围，此效应才会产生。在共振能量附近，背景散射的振幅随着能量的变化通常很和缓；但共振散射的振幅的幅度及相位，变化都相当的快，从而导致了非对称的发生。在能量离共振能量很远时，背景散射占主要地位。能量在共振能量左右2Γ_res的范围时，共振散射的振幅相位会差π。就是这个相位的剧烈变化造成了非对称的线形。法诺证明散射的总截面σ,约为下述形式：

其中Γ_res为共振能量的峰宽，q则为法诺变量，代表着共振散射及直接(背景)散射之间的振幅比例。

表面等离子体共振，英文简称SPR。是指消逝波和等离子波在介质交界面相遇时会发生共振，发生共振时，反射光强会大幅度地减弱。能量从光子转移到表面等离子，入射光的大部分能量被表面等离子波吸收，使反射光的能量急剧减少。

Fano共振和表面等离子体共振现象，即微纳颗粒所受合力的方向在纵向产生不同寻常的正向和反向的现象，在粒子捕获中表现为对粒子的协助捕获与定向弹射，利用这一机理，当对中央纤芯通入合力为负向的光波长时，协助光镊俘获微粒；反之，实现对粒子的定向弹射。对整个系统进行设计，通过改变通入外侧多芯光功率以及改变通入中央纤芯的光波长，最终实现将微纳颗粒按照预定的路径弹射到指定区域中，实现对微纳颗粒的输运功能。

本发明的优点在于：拓展了光纤中单光纤光镊新功能；利用单光纤构建捕获位置可横向移动的光镊，拓展了光纤光镊技术在极端工作环境中工作的功能；单光纤光镊可实现捕获微粒横向位置的可控调节，实现纳米级别微粒的定向推进输运，使其在生物医学研究等领域有广泛的应用价值。

(四)附图说明

图1是一种可调单光纤微粒输送器的结构示意图。由多芯光纤1、外侧多芯2、中央纤芯3、包层4、多芯光纤圆锥台纤端8、多芯光纤端面9、微球透镜11以及微纳颗粒14组成。

图2是多芯光纤的制备示意图。由预制棒201、加热炉202、激光测径仪203、涂敷及固化设备204、反馈电路205、涂层测径仪206、绞盘207、光纤208、成品卷绕209组成。

图3(a)是拉锥制得弧形锥面的圆锥台纤端的制备示意图。由CMOS相机301、左手拉锥平台302、加热平台303、右手拉锥平台304、加热系统305、光纤对准、拉锥系统306、光纤图像检测系统307、硬件系统操控平台308、光纤图像309以及计算机操控系统310组成。(b)是弧形锥面的圆锥台纤端的结构示意图。

图4是磨锥制得圆锥台纤端的制备示意图。由光纤夹具401、多芯光纤402、研磨盘403组成。

图5给出了中央纤芯的折射率分布。分别为单层阶跃、多层阶跃、单层渐变以及多层渐变的结构示意图。

图6是二氧化碳激光器分别刻写介质手性螺旋光栅以及结构手性螺旋光栅系统结构示意图。由电脑控制系统、二氧化碳激光器、激光扫描系统、透镜以及多芯光纤组成。(a)图中给出了中央纤芯刻有介质手性螺旋光栅的结构示意图。(b)图中给出了中央纤芯刻有结构手性螺旋光栅时的结构示意图。(c)图为中央纤芯刻有介质手性螺旋光栅下微纳颗粒的旋转操纵示意图。

图7给出了多芯光纤横截面结构示意图。(a)图中给出了三芯光纤结构示意图，包括中央纤芯3、外侧双芯2以及包层组成。(b)图中给出了五芯光纤结构示意图，包括中央纤芯3、外侧四芯2以及包层组成。(c)图中给出了N芯光纤结构示意图，包括中央纤芯3、包层4、以及外侧(N-1)芯组成。(d)图中给出了纤芯形状为三角形时的结构示意图。(e)图中给出了纤芯形状为正方形时的结构示意图。(f)图中给出了纤芯形状为环形时的结构示意图。

图8是一种可调单光纤微粒输送器的装置侧面结构示意图。标号依次为外侧多芯2、中央纤芯3、通入外侧多芯光功率变化的光波5、通入中央纤芯的光波6、通入中央纤芯的光波7、经过磨锥后形成的多芯光纤圆锥台纤端8、多芯光纤端面9、微米级别的微球透镜11、微球透镜在二维平面内的操控路径12、强汇聚光束13、微纳颗粒14、对微纳颗粒弹射的不同传输路径15、微流多通道16以及经过磨锥或者拉锥后形成的圆锥台角度17。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例来进一步阐述本发明。

结合图1和图8，本发明实施方式是给多芯光纤1的外侧多芯2中每一根纤芯通入不同功率的光波5，该光波经过多芯光纤圆锥台纤端8的全反射后并从多芯光纤端面9折射出去后形成汇聚光束10，微球透镜11被稳定地三维捕获在汇聚光束10的焦点附近处。由于可以通过外部控制通入到外侧多芯2的光波5的光功率，从而对汇聚光束10的空间分布实施调控，实现对微球透镜11的捕获点的空间位置的调节，最终实现微球透镜11在多芯光纤端面9上的二维移动12。

当向中央纤芯3中注入光波6后，该光波会从多芯光纤端面9出射并被微球透镜11汇聚形成强聚焦光束13，该光束能够精准地俘获微纳颗粒14。当向中央纤芯通入光波7时，从多芯光纤端面9出射的光波同样会被微球透镜11汇聚形成强聚焦光束13，若该光波会引起微纳颗粒14发生Fano共振或表面等离子体共振，则微纳颗粒14会在光波7强辐射压力的作用下脱离光波6的束缚并弹射出去。通过微球透镜11的二维移动12可实现对强聚焦光束13的传输路径15的改变，这样微纳颗粒14就会沿着传输路径15被定向弹射到设定区域16中。从整个系统来看，通过对光波5、6和7的控制就可实现对微纳颗粒14捕获点和弹射输运路径的调节与控制。

利用微球透镜的汇聚光束捕获的微纳颗粒，粒子材质可以是纯的介质材料、生物材料或其他透明材料中的一种。可选的，微纳颗粒材质也可以是透明材料和非透明材料混合或层叠材料。微纳颗粒可以通过柠檬酸还原法[Nanoscale,3(9):3609-3612,2011]进行制备。系统工作时，采用的纳米级别的微粒如果在处于不同光波长的光场中时，没有Fano共振和表面等离子体共振的现象的话，通过移动多芯光纤来达到操控整个系统进行移动的目的，也可以实现利用单光纤完成对微粒的定向推进输送。

基于多芯光纤的可调单根光纤光镊的微粒输送器件的制备过程可分为以下三个步骤(见图2-图4)：

步骤1、多芯光纤预制棒制备。采用MCVD制棒方法制备外侧纤芯和中央纤芯预制棒插件，根据需要在纯石英预制棒对应位置加工多个微孔，并插入外侧纤芯和中央纤芯预制棒插件，形成多芯光纤预制棒；

步骤2、拉制光纤(见图2)。将制备好的多芯光纤预制棒201放置在光纤拉丝塔上，并进行固定，光纤预制棒201经过加热炉202加热熔融并在牵引力共同作用下进行拉丝。在光纤拉丝过程中，进行各个纤芯直径的激光测径，直径符合要求后进行固化，最终拉制成含有中央纤芯以及周围纤芯呈正多边形分布的多芯光纤208，如图5所示；

步骤3、纤端微加工(此步骤可采用两种方式制备)：光纤拉锥(见图3)。光纤去除涂覆层之后固定在光纤夹具上，控制系统驱动承载光纤的左手电控位移平台302以及右手电控位移平台304，将光纤送至CMOS相机301视野范围内，在视野区通过自动调焦系统将光纤对焦获得清晰图像309，图像可以通过计算机操控系统310进行显示。计算光纤几何参数与位姿信息并作为反馈量，通过调节左右手五个维度的微动执行装置，实现光纤波导与加热装置的对准。驱动电加热装置308将熔融区送至波导对准位置进行加热，用左、右手电控位移平台对光纤进行一定速度下的拉伸，拉锥完成后，在中心点用光纤切割刀进行切割，最终形成具有弧形锥面的圆锥台纤端。光纤纤端研磨(见图4)。用光纤夹具401固定好多芯光纤402，然后把纤端放置于研磨盘403上，光纤夹具与光纤研磨盘各连接有一个直流电机驱动使其绕各自的中轴自转；保持多芯光纤与研磨盘盘面法线呈固定夹角θ，通过光纤夹具和研磨盘的自转即可研磨出张开角为θ的圆锥台纤端。

可选的，中央纤芯的折射率分布可以是单层阶跃、多层阶跃、单层渐变和多层渐变中的一种，如图5(a)-(d)所示。

可选的，多芯光纤也可以采用二氧化碳激光或者飞秒激光在中央纤芯上均匀或非均匀刻写形成的介质手性螺旋光栅，如图6(a)所示为均匀的介质手性螺旋光栅。可选的，还可以是采用二氧化碳激光、电弧、氢氧焰等加热方式热熔扭转整个光纤直接形成的结构手性螺旋光栅，如图6(b)所示为均匀的结构手性螺旋光栅。不管是介质手性螺旋光栅还是结构手性螺旋光栅都可在中央纤芯中实现非涡旋模式转化为涡旋模式，从而在纤端出射涡旋光束，用于对微纳颗粒的旋转操纵，如图6(c)所示。

此外，可以通过控制光纤预制棒微孔的数量、大小和位置以及微孔的塌陷过程来制备出外侧多芯数量不同的多芯光纤及相应的粒子光操纵器件，例如，基于三芯、五芯、N芯光纤预制棒制备的具有三芯、五芯、N芯纤芯结构的多芯光纤，如图7(a)-(c)所示。纤芯形状为三角形、正方形、环形时的多芯光纤，如图7(d)-(f)所示。

下面结合具体的实施例来进一步阐述本发明。

步骤1、光纤制备：按照实施方式的光纤制备方法制作出多芯光纤(见图2)，采用带尾纤的激光器加普通单模光纤进行注光；

步骤2、纤端微加工(此步骤可采用两种方式制备)：光纤拉锥：按照实施方式的光纤拉锥方法制作弧形锥面的圆锥台纤端结构(见图2)，光纤纤端研磨：按照实施方式的光纤纤端研磨方法制作圆锥台纤端结构(见图3)；

步骤3、微球透镜光俘获与操纵(见图1、图8)：在多芯光纤1中外侧多芯2的光波输入由输入输出模块、光功率控制模块、多芯光纤连接器来实现。该多芯光纤连接器将光源与多芯光纤连接起来，通过改变通入多芯光纤连接器中的光功率大小，实现对外侧多芯中每一根纤芯光功率大小的控制，处于同一光功率时，外侧多芯的光束经过圆锥台的全反射以及光纤端面的折射后，汇聚在光纤端面中心，微球透镜在光阱力的作用下被稳定地三维捕获在汇聚光束的焦点附近处。通入外侧多芯中的光功率不一致时，从而对汇聚光束的空间分布实施调控，实现对微球透镜的捕获点的空间位置的调节，微球透镜又再一次的被束缚在焦点处，实现微球透镜的光俘获与操纵；

步骤4、微纳颗粒的光俘获与弹射(见图1、图8)：在实现对微米级别的微球透镜的光俘获与操纵，即实现微球透镜在二维平面内的可操控移动后，中央纤芯注入的光波经过透镜两次折射后形成的强汇聚光束对微纳颗粒进行捕获。微球透镜进行可操控的移动时，透镜焦点位置会发生改变，微纳颗粒也会在光阱力的作用下再次被捕获在焦点处，通过移动光纤，可以实现对粒子的指向性输运。可选的，特殊结构的微纳颗粒，例如纯的介质材料、生物材料、其他透明材料、透明材料和非透明材料混合或层叠材料中的一种，在处于特定光波长的光场中时，会存在Fano共振和表面等离子体共振现象，即合力产生不同寻常的正向和反向的现象，在粒子捕获中表现为对粒子的协助捕获与定向弹射，利用这一机理，当通入中央纤芯合力为负向的光波长时，协助光镊俘获微粒；反之，实现对粒子的定向弹射。整个系统的设计是通过改变通入外侧多芯光波功率以及改变通入中央纤芯的光波波长，根据实际所需，将微纳颗粒按照预定的路径定向弹射到微流多通道的不同通道中，从而利用装置完成对微纳颗粒的定向推进输运。

Claims (11)

1.一种可调单光纤微粒输送器。其特征是：它由多芯光纤1、外侧多芯2、中央纤芯3、包层4、多芯光纤圆锥台纤端8、多芯光纤端面9、微球透镜11以及微纳颗粒14组成。所述器件中给多芯光纤1的外侧多芯2中每一根纤芯通入不同功率的光波5，该光波经过多芯光纤圆锥台纤端8的全反射后并从多芯光纤端面9折射出去后形成汇聚光束10，微球透镜11被稳定地三维捕获在汇聚光束10的焦点附近处。由于可以通过外部控制通入到外侧多芯2的光波5的光功率，从而对汇聚光束10的空间分布实施调控，实现对微球透镜11的捕获点的空间位置的调节，最终实现微球透镜11在多芯光纤端面9上的二维移动12。而当向中央纤芯3中注入光波6后，该光波会从多芯光纤端面9出射并被微球透镜11汇聚形成强聚焦光束13，该光束能够精准地俘获微纳颗粒14。当向中央纤芯通入光波7时，从多芯光纤端面9出射的光波同样会被微球透镜11汇聚形成强聚焦光束13，若该光波会引起微纳颗粒14发生Fano共振或表面等离子体共振，则微纳颗粒14会在光波7强辐射压力的作用下脱离光波6的束缚并弹射出去。通过微球透镜11的二维移动12可实现对强聚焦光束13的传输路径15的改变，这样微纳颗粒14就会沿着传输路径15被定向弹射到设定区域16中，通过对光波5、6和7的控制就可实现对微纳颗粒14捕获点和弹射输运路径的调节与控制。

2.根据权利要求1所述的一种可调单光纤微粒输送器，其多芯光纤及圆锥台纤端的制备方法如下：(1)预制棒制备：采用MCVD制棒方法制备外侧纤芯和中央纤芯预制棒插件；(2)微孔加工：根据需要在纯石英预制棒对应位置加工多个微孔，并插入外侧纤芯和中央纤芯预制棒插件，形成多芯光纤预制棒；(3)光纤拉制：将制备好的光纤预制棒放置于拉丝塔上进行热熔拉丝，拉制形成多芯光纤；(4)圆锥台纤端微加工：第一种方法：用光纤夹具固定住制备好的多芯光纤，然后把纤端放置于研磨盘上，光纤夹具与光纤研磨盘都能绕各自的中轴自转，通过控制光纤与研磨盘盘面法线的夹角来制备具有不同张开角的圆锥台纤端。第二种方法：把光纤放置于光纤拉锥机上，拉制成合适的锥长并在拉锥区域合适位置切割，形成具有弧形锥面的圆锥台纤端。

3.根据权利要求1所述的微球透镜，其特征是：所述的微球透镜是介质材料、生物材料以及其他透明材料中的一种。

4.根据权利要求1所述的微纳颗粒，其特征是：所述的微纳颗粒材质可以是介质材料、生物材料或其他透明材料中的一种。可选的，微纳颗粒材质也可以是透明材料和非透明材料混合或层叠材料。

5.根据权利要求1所述的一种可调单光纤微粒输送器，其特征是：所述的微纳颗粒在光场中若没有Fano共振和表面等离子体共振的现象，则无法实施弹射输运，也可以通过移动光纤达到控制微粒到达任一指定位置的目的。

6.根据权利要求1所述的一种可调单光纤微粒输送器，其特征是：所述的中央纤芯的折射率分布可以是单层阶跃分布、多层阶跃分布、单层渐变分布和多层渐变分布纤芯中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种可调单光纤微粒输送器，其特征是：所述的多芯光纤也可以采用二氧化碳激光或者飞秒激光在中央纤芯上均匀或非均匀刻写形成的介质手性螺旋光栅。可选的，还可以是采用二氧化碳激光、电弧、氢氧焰等加热方式热熔扭转整个光纤直接形成的结构手性螺旋光栅。

8.根据权利要求7所述的手性螺旋光栅，其特征是：不管是介质手性螺旋光栅还是结构手性螺旋光栅都可在中央纤芯中实现非涡旋模式转化为涡旋模式，从而在纤端出射涡旋光束，用于对微纳颗粒的旋转操纵。

9.根据权利要求1-2所述的多芯光纤圆锥台纤端，其特征是：所述的圆锥台纤端的锥面可直接对外侧多芯的传导光波进行全反射，也可以增镀一层金属反射膜来增强全反射效果。

10.根据权利要求1-2所述的一种可调单光纤微粒输送器，其特征是：所述的中央纤芯的形状可以为：圆形、环形、矩形、三角形和其他多边中的一种。

11.根据权利要求1-2所述的一种可调单光纤微粒输送器，其特征是：所述的外侧多芯数量大于等于2，且呈正多边形分布，易于对微粒进行操控。

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