[发明专利]基于多芯保偏光纤的阵列式光镊及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤技术研究领域，涉及的是一种阵列式光镊。本发明还涉及一种阵列式光镊的制备方法。

背景技术

光镊是利用光强度分布的梯度力和散射力俘获和操纵微小粒子的工具。1986年Askin在“Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles”一文中提出一种基于单束激光的三维光学势阱，用于实现对粒子的三维空间控制，因为此光束可以实现空间对微小粒子的夹持，因此得名“光镊”，这篇文章发表在Opt.Lett.11，288-290。此后，光镊技术发展迅速，成为重要的研究技术手段，并促进了若干交叉领域的快速发展。例如：在微小粒子的捕获和搬运、皮牛级力的测量、微机械与微器件的组装等领域得到广泛的应用。特别在生命科学领域，光镊技术以其非接触式、无损探测的本质特性显示了其无与伦比的优势，对于推动生命科学的发展和微生命体的操纵发挥了巨大的作用。光镊俘获的粒子尺度可以从几纳米到几十微米，可以为刚性颗粒，也可以是软物质颗粒；可以为无生命的颗粒，也可以是活体细胞或病毒。

由传统光镊发展至光纤光镊技术以来，产生多种光纤光镊系统，例如：E.R.Lyons等人将两根单模光纤的端面研磨成锥体，在锥体尖端形成一个半球面，使得出射光束具有弱聚焦特性，将这两根光纤成一定光轴夹角放置，交叠光场形成的光阱可以实现微粒的捕获和悬浮，这篇文章于1995年发表在Appl.Phys.Lett.66，1584-1586；为了进一步对所捕获的微小粒子的姿态进行控制，名为“用来俘获微小粒子的双芯单光纤光镊及其制作方法”，公开号为CN101149449的中国发明专利文件中又给出了一种双芯光纤光镊。此后，又公开了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。这些新型光镊多能实现对单个微粒进行捕获、空间定位、使其空间旋转等功能，但很少见到可同时对多个粒子进行操作的单光纤光镊。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在节约物理空间的同时，可大幅降低系统输入光功率，以减小对待捕获粒子的伤害；对微粒的捕获更加灵活、准确，具备可调节性；可以在光 纤端形成致密的干涉网格光场阵列，在相干加强点形成光学势阱对粒子实现筛选等功能的基于多芯保偏光纤的阵列式光镊。本发明的目的还在于提供一种阵列式光镊的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的阵列式光镊包括多芯保偏光纤、标准单模光纤和激光光源，激光光源与标准单模光纤的一端连接，标准单模光纤的另一端与多芯保偏光纤之间熔融拉椎耦合连接，多芯保偏光纤的另一端经熔融拉椎加工制备成椎体形状。

所述的多芯保偏光纤是双芯、三芯或四芯微结构光纤。

本发明的阵列式光镊是采用这样的方法来制备的：

步骤1，端面制备：取一段多芯光纤，所述多芯光纤是双芯、三芯或四芯保偏微结构光纤，采用热熔拉椎的方式将此多芯光纤的一端拉制成椎体形状，待冷却后用宝石刀将端面切平，即将光纤端制备成椎体结构；

步骤2，耦合连接：将制备好的端部为椎体结构的多芯光纤的另一端进行涂敷层祛除，与标准单模光纤常规焊接，然后进行热熔融拉锥操作，热熔融拉锥操作过程中进行光功率监测，直到耦合到多芯光纤的光功率达到最大且各纤芯光功率分布均匀时为止；

步骤3，光源注入将与多芯光纤耦合连接后的标准单模光纤的另一端与激光光源常规连接，即将激光束注入此阵列式光镊系统中；

步骤4，筛选操作：打开激光光源，在多芯光纤的椎体结构处形成致密的空间三维分布的干涉网格，在每个相干加强点处形成一个光学势阱，体积合适的微粒被稳定的捕获在一个个光学势阱中，实现微观粒子的筛选。

本发明的优点和特点是：

1.本发明将多芯光纤引入阵列式光镊控制系统，利用一根光纤中的多个光波导纤芯构成空间分布的干涉网格光场，在节约物理空间的基础上还极大的减小了系统的输入光功率，降低对微粒的伤害；

2.本发明实现在一根光纤中的多芯光纤出射网格光场的相干加强处形成多个光学势阱，可用于对微观粒子的筛选和批量操纵；

3.本发明将通过多芯光纤实现致密的干涉网格分布的光学势阱，简单、有效的控制三维出射光场光阱力的分布，实现光阱力的人为主观控制。

附图说明

图1多芯光纤阵列式光镊系统结构简图(以双芯光纤为例)。