基于空气缺陷微腔的单光纤光镊.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113687470A(43)申请公布日2021.11.23(21)申请号202111002451.5(22)申请日2021.08.30(71)申请人桂林电子科技大学地址541004广西壮族自治区桂林市桂林金鸡路1号(72)发明人邓洪昌陈大伟王瑞李福旺苑立波(51)Int.Cl.G02B6/26(2006.01)G02B6/255(2006.01)G02B6/25(2006.01)G02B6/032(2006.01)G02B6/02(2006.01)G21K1/00(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图11页(54)发明名称基于空气缺陷微腔的单光纤光镊(57)摘要本发明提供的是基于空气缺陷微腔的单光纤光镊。其特征是：该器件通过空气缺陷微腔2将单芯光纤3的传导模场5调制形成多级发散光束6，再经在锥形纤端4和外部溶液分界面处发生的全内反射后形成强汇聚光束7，最终在光轴上形成多个能够捕获微纳粒子12的汇聚点11，并在锥形纤端4表面形成能够持续输运微粒的倏逝场，从而将微粒输运和多微粒捕获的功能集成于单根光纤之中。此外，还可以通过改变光波长实现汇聚点11位置和数量的调节，达到对微纳粒子12捕获位置或运动状态的动态调控的目的。可用于生物或介质微纳小粒子的光操纵调控，具有集成化、微小化、稳定化等特点，在多势阱光捕获、微粒光拉伸、微粒光震荡等领域拥有广泛的应用前景。CN113687470ACN113687470A权利要求书1/1页1.基于空气缺陷微腔的单光纤光镊，其特征是：该器件由可调谐激光器1、带有空气缺陷微腔2的单芯光纤3及其锥形纤端4组成，其中，单芯光纤3包含纤芯301和包层302；可调谐激光器1的输出激光注入到单芯光纤3后形成传导模场5，由于空气缺陷微腔2的折射率低于周围包层302的折射率，因此空气缺陷微腔2等效于散射透镜，传导模场5会被空气缺陷微腔2调制并形成在包层302中传输的多级发散光束6；在满足全内反射的条件下，多级发散光束6会被锥形纤端4全内反射后形成强汇聚光束7，同时形成沿着锥形纤端4表面传输的倏逝场8；强汇聚光束7从锥形纤端端面9出射后形成出射光场10，最后，出射光场10会在光轴上汇聚后形成多个汇聚点11；一方面，锥形纤端4周围的多个微纳粒子12会被倏逝场8捕获，并在倏逝场8作用下沿着锥形纤端4的表面移动，实现对多个微纳粒子12的输运功能；另一方面，多个微纳粒子12被倏逝场8持续地输运到锥形纤端端面9，然后被出射光场10捕获在汇聚点11附近，实现对多个微纳粒子12的光捕获功能，此外，通过可调谐激光器1对光波长的调节，实现对多级发散光束6的改变和汇聚点11位置和数量的调节，最终实现对多个微纳粒子12捕获位置或运动状态的动态调控，实现光捕获、振动、拉伸等功能。2.根据权利要求1所述的基于空气缺陷微腔的单光纤光镊，其特征是，所述的基于空气缺陷微腔的单光纤光镊制备步骤如下：(1)单芯光纤预处理：利用熔接机加热熔融预先处理平整的单芯光纤纤端，使其自然形成圆弧状的端面；(2)热熔焊接：无需取出光纤，在上一步的基础上复位熔接机，选择“手动熔接”模式，调整两侧单芯光纤的位置，使两侧光纤的圆弧状端面接触并产生应力，按下放电按键，即可制成含有空气缺陷微腔的单根光纤，可选地，在圆弧状纤端接触面处加入折射率匹配溶液会有助于空气缺陷微腔的形成；(3)锥形纤端可采用圆锥台纤端结构：用光纤夹具固定住单芯光纤，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；锥形纤端也可采用抛物线形纤端：利用热熔拉锥的方法，将单芯光纤固定在光纤夹具上，使放电电极位于预定熔断位置之上，在电极放电熔融的同时由电机牵动其中一侧的光纤，未施加拉力的另一侧光纤纤端将会被制成抛物线形纤端。3.根据权利要求1所述的基于空气缺陷微腔的单光纤光镊，其特征是：所述的单芯光纤的纤芯轮廓分布是圆形、椭圆形、环形、三角形、矩形和其他多边形的一种。4.根据权利要求1所述的基于空气缺陷微腔的单光纤光镊，其特征是：所述的单芯光纤也可以为环形、三角形、矩形或其他多边形分布的阵列多芯光纤。5.根据权利要求1所述的基于空气缺陷微腔的单光纤光镊，其特征是：所述的单芯光纤也可以为阶跃折射率分布或者渐变折射率分布的多模光纤。6.根据权利要求1所述的基于空气缺陷微腔的单光纤光镊，其特征是：所述的锥形纤端的锥面也可以增镀一层金属反射膜来增强全反射效果。2CN113687470A说明书1/5页基于空气缺陷微腔的单光纤光镊(一)技术领域[0001]本发明涉及的是一种基于空气缺陷微腔的单光纤光镊。主要用于生物分子、生物细胞、纳米团簇、胶体颗粒、介质颗粒等