[发明专利]一种多功能光纤微冲击枪工具

说明书

本发明提供的是一种多功能光纤微冲击枪工具，其特征是：它由光纤冲击枪和微转子工具组成，其中光纤冲击枪由第一同轴双波导光纤熔接一段第二同轴双波导光纤后，纤端经过精密研磨，形成锥体圆台结构，能够汇聚环形芯内传输的环形光束，形成三维光力势阱；第二同轴双波导光纤端面处有一层螺旋波带面，第一同轴双波导光纤的中间单模纤芯输出的单模光束经过第二同轴双波导光纤的中间多模纤芯扩束准直后，通过螺旋波带面，形成聚焦的涡旋光束；聚焦的环形光束形成的光势阱可捕获住微转子工具，聚焦的涡旋光束照射在微转子工具的尾部，给微转子工具提供转动动力和前进冲击力。本发明具有微小钻孔，微粒的定向弹射等功能，可广泛用于微纳加工领域。

技术领域

本发明涉及的是一种多功能光纤微冲击枪工具，具体涉及到一种光纤冲击枪和微转子工具系统，可用于微纳加工，属于微纳加工和微操控技术领域。

背景技术

光致旋转是实现微机械马达的有效手段，随着科技的发展，光致旋转的应用前景将日益广泛，光致旋转的方法不仅可以应用到微全分析系统中充当搅拌器，还可以应用到微泵中，也可以用来研究旋转马达蛋白、流体的微观性质、细胞膜剪切力、微钻等，因此，该技术的深入研究为微生命科学和生物医学提供了一种强有力的工具。到目前为止实现光驱动旋转主要采用如下几种方式：第一种方式是利用自旋角动量实现旋转(高秋娟,朱艳英,史锦珊,等.利用具有自旋角动量的光束实现微粒的旋转[J].中国激光,2008,35(10):324-326.)；第二种方式是利用轨道角动量实现旋转(高明伟,高春清,何晓燕,等.利用具有轨道角动量的光束实现微粒的旋转[J].物理学报,2004,53(2):413-417.)；第三种方式是利用光的线性动量实现旋转，设计制作具有特定外形结构的微型器件，利用器件对光束的反射、折射、吸收等相互作用来实现器件的旋转(Galajda P，Ormos P.Complex MicromachinesProduced and Driven by Light.Appl.Phys.Lett.2001，78(2)：249-251)。

通常来说，光镊能实现微小粒子的稳定捕获，如果再有光束对所捕获的微粒施加角向的动量，便能使得粒子定轴旋转。这样的定轴旋转的微粒根据形状的不同，可构成不同的微小工具，实现不同的微操作功能，例如旋转微马达、旋转微搅拌器、微钻头、微扳手等功能。然而，这样的系统通常是基于空间光镊系统，系统体积庞大复杂。

基于光纤光镊的光致旋转的实现使得光旋转工具更加灵活轻便。中国专利CN102183818B提出了一种基于多芯光纤的光马达及微泵，采用了端面由楔形形状构成的双芯光镊系统，能够捕获住光马达微粒，使微粒定轴，又有另外的纤芯出射光束驱动马达转动。中国专利CN102222533B提出了一种基于多芯光纤的自组装式光动力钻，该发明使用了多芯光纤实现微钻头的捕获，并通过转子的翼结构对光束的反射、折射、吸收等相互作用产生扭矩实现旋转，从而实现光动力钻的功能。

尽管人们在光致旋转的机理、转子形状设计上做了详细的研究，获得了较大的进展和较好的研究成果，但是还是存在比如转子不能稳定的旋转、转子不能同轴旋转等问题，光驱动装置等限制使得应用范围受限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能光纤微冲击枪工具。

本发明的目的是这样实现的：

一种多功能光纤微冲击枪工具，如图1，它由光纤冲击枪和微转子工具组成，其中光纤冲击枪由第一同轴双波导光纤1熔接一段第二同轴双波导光纤2后，纤端经过精密研磨，形成锥体圆台3结构，该结构能够反射汇聚第二同轴双波导光纤的环形芯内传输的环形光束5，形成三维光力势阱；第二同轴双波导光纤2端面处有一层螺旋波带面4，第一同轴双波导光纤1的中间单模纤芯输出的单模光束经过第二同轴双波导光纤2的中间多模纤芯扩束准直后，通过螺旋波带面4，形成聚焦的涡旋光束6；聚焦的环形光束形成的三维光力势阱可稳定捕获住微钻头或微子弹类微转子7工具，聚焦的涡旋光束6能同轴照射在微转子7工具的尾部，给微转子7工具提供转动动力和前进冲击力。