[发明专利]双向弯曲表面芯光纤微小粒子旋转器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微小粒子旋转器，具体地说是一种基于双向弯曲表面芯光纤微小粒子旋转器。利用弯曲表面芯光纤和弯曲抛磨光纤的倏逝场产生光辐射压力驱动微小粒子旋转。

背景技术

近些年来，微全分析系统(μTAS)也称为单晶片上构建的实验室已经在医学研究、生物应用分析和化学领域掀起了巨大的研究浪潮。由微小粒子构成的旋转器在微流系统中充当搅拌器这一至关重要的角色，因此设计和制备微小粒子旋转器变得也越来越重要。为了获得更高性能的旋转器，人们开始使用光驱动。

光具有产生辐射压力的线性动量，在一定条件下，光还携带有角动量，包括自旋角动量和轨道角动量。1936年，R.A.Beth在实验上让一束圆偏振光通过细丝悬挂的半波片，首次利用光束中光子的角动量实现了物体的旋转。自此以来人们一直在不停的探索着实现光致旋转的方法。自从1986年Askin等人在Opt.Lett.11，288-290上发表文章“Observation of asingle-beam gradient force optical trap for dielectric particles提出了“光镊”实现了对粒子的三维空间控制，同时也促进了光致旋转的发展。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，如文献(Sugiura T，Kawata S，Minami S.Opticalrotation of small particles by a circularly-polarized laser beam in an optical microscope.JSpectroscSoc Jpn 1990，39：342)中提到利用圆偏振光激光束作用到双折射材料；第二种方式是利用轨道角动量实现旋转，如文献(Sato S，Ishigure M，Inaba H.Optical trapping and manipulation ofmicroscopic particles and biological cells using higher-order mode Nd：YAG laserbeams.Electron.Lett.，1991，27：1831-1832)中提到的一种非均匀强度的高阶模式激光束照射；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(祝安定，刘宇翔，郭锐，等.一种微型转子的激光加工和光致旋转.光电工程.2006，33(1)：10-13)。使用特殊形状如风车状的微粒，光束本身不携带角动量，可以是线偏振光也可以是非偏振光，其光致旋转的原理类似风吹风车转动，光场的光压力作用在风车状的微粒上会产生扭矩从而使微粒旋转，其转速与光强成正比。匈牙利科学院的Ormos小组在这方面做了大量的研究工作。这种方法的优点是微粒的转速与方向可以人为控制，缺点是受到微粒的形状的限制，但随着双光子加工加工技术的发展，这种实验方法应用起来更加的灵活。另外还有双光纤法、双光阱法、干涉激光模式法等多种巧妙的方法，这些光学旋转方法的巧妙之处一般都在于光阱激光模式的选择以及光路的设计思想，还有待进一步改进和完善。但目前为止都是采用激光形成光镊进行驱动。由 于激光光镊体积比较庞大，不易移动，造价高等不足我们提出双向弯曲表面芯光纤进行驱动。