[发明专利]一种光驱动旋转装置

说明书

一种光驱动旋转装置，涉及微型驱动研究领域。本发明装置包括光纤光源(1)、单模光纤(2)、错芯连接区域(3)、阶跃多模光纤(4)、圆锥台结构(5)；光纤光源(1)和单模光纤(2)一端连接，单模光纤(2)另一端通过错芯连接区域(3)和阶跃多模光纤(4)一端连接，阶跃多模光纤(4)另一端经精细研磨制成圆锥台结构(5)。从圆锥台结构出射的激光束照射到微粒上时，光的动量发生改变，小球获得与动量改变方向相反的力，在竖直方向上被捕获，沿着微粒切向方向上发生旋转，实现粒子固定位置的光驱动旋转。本发明装置体积小，结构简单，无需特种光纤就能捕获粒子并使其旋转，可广泛应用于生物化学、分子生物学、生物医学等众多领域。

技术领域

本发明涉及微型驱动研究领域，具体涉及一种光驱动旋转装置。

背景技术

微纳马达是指在外界各种能量如光、电、磁等的刺激下，具有运动性能如旋转、梭动、聚集等，且尺寸为微米或纳米级的微观器件。相对于传统的微纳颗粒而言，微纳马达的可控运行的特性使之在生物临床、环境治理、微纳加工等领域有着不可或缺的作用，特别的是在微流系统中充当搅拌器这一至关重要的角色。于是为了获得高转速、非接触驱动的高性能旋转器，人们开始使用光驱动。

光不仅具有产生辐射压力的线性动量，在某些特定的条件下，光还携带有角动量，其中包括轨道角动量和自旋角动量。到目前为止实现光驱动旋转主要有以下两种方式：第一种是利用角动量实现光驱动旋转，S.Sato等人使用的是一种非均匀强度的高阶模式激光束照射来实现光驱动旋转；第二种是利用光的线性动量实现光驱动旋转，毕思思等人公布了一种基于多芯光纤的光马达及微泵，将多芯光纤的前端经精密加工形成楔形多芯光纤，利用前端特殊的楔形的结构形成双光镊系统稳定捕获微粒的系统，而微转子两端起到了定子作用，光纤驱动翼起到转子作用，实现稳定旋转，但是该发明所使用的多芯光纤制作工艺难度较大，制作成本较高；微转子的结构复杂，且需要配合V型槽使用。苑立波等人公布了一种可实现微小粒子旋转的卫星式螺旋多芯光纤微光手及制法，将标准单模光纤的另一端与卫星式螺旋多芯光纤之间热熔融拉椎耦合连接构成第一热熔融拉椎位置，卫星式螺旋多芯光纤附着在光程改变装置上，经过光程改变装置的卫星式螺旋多芯光纤再次经过热熔融拉椎操作构成第二热熔融拉椎位置，卫星式螺旋多芯光纤的另一端经精细研磨的加工方式制成椎体形状，可以在光纤端自然形成涡旋状光学势阱，使微粒实现旋转，但是该发明所使用的卫星式螺旋多芯光纤制作难度大，成本高，整个实验装置制作复杂，不易操作。综上所述，现有光驱动旋转装置所使用的多芯光纤制作工艺难度较大，制作成本较高，且实验装置结构复杂，不易操作。

发明内容

本发明的目的在于解决现有光驱动旋转装置所使用的多芯光纤制作工艺难度较大，制作成本较高，且实验装置结构复杂，不易操作的问题，提供了一种对微粒的捕获更加灵活、精准，具备可调节性，装置制造成本低廉，制作方法简单，无需使用特种光纤就可以使被捕获的微粒实现旋转的一种光驱动旋转装置。

本发明的目的是这样实现的：

一种光驱动旋转装置，从下往上依次为光纤光源1、单模光纤2、错芯连接区域3、阶跃多模光纤4、圆锥台结构5；光纤光源1和单模光纤2一端连接，单模光纤2另一端通过错芯连接区域3和阶跃多模光纤4一端在两光纤轴线相交错芯处连接，阶跃多模光纤4另一端经精细研磨制成圆锥台结构5。

所述单模光纤2和阶跃多模光纤4的包层直径为125μm，光纤纤芯为光纤轴心。

所述光纤光源1注入单模光纤2纤芯中的光束，以入射角度β通过错芯连接区3，满足n代表折射率，入射位置为阶跃多模光纤的纤芯区域。

所述圆锥台结构5的研磨角度为α，满足

本发明的有益效果在于：

1、本发明提出了一种新的光驱动旋转装置，不仅仅节约了物理空间，还降低了在捕获微粒时对微粒的伤害；