專利名稱：用來(lái)俘獲微小粒子的雙芯單光纖光鑷及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種光鑷，具體地說(shuō)是一種雙芯光纖光鑷，本發(fā)明也涉及之 中光鑷的制作方法。屬于光纖技術(shù)領(lǐng)域。(二) 背景技術(shù)自從Ashkin (1970， Phys. Z"/.， 24:156-159; 1987， iVamw， 330: 769-771)首次發(fā)現(xiàn)光場(chǎng)梯度力可捕獲微小粒子并提出光鑷這一概念以來(lái)，光鑷技術(shù)已廣泛 應(yīng)用于各種領(lǐng)域中。從小到納米粒子，大到數(shù)百微米的粒子、從活體細(xì)胞到DNA 生物大分子鏈都可以用光鑷進(jìn)行捕獲和操作。隨著研究的深入以及技術(shù)的進(jìn)步， 光鑷技術(shù)也已經(jīng)由最初的單光束光鑷發(fā)展到全息光鑷技術(shù)、分時(shí)掃描光鑷技術(shù)、 特殊光束光鑷技術(shù)等。光鑷是利用光場(chǎng)強(qiáng)度空間變化形成的梯度力把微粒穩(wěn)定地捕獲在光場(chǎng)最強(qiáng) 處，即光束的焦點(diǎn)位置，當(dāng)激光束移動(dòng)時(shí)就可以帶動(dòng)微粒一起運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)微粒 的精密操控。傳統(tǒng)光鑷是基于光學(xué)顯微鏡系統(tǒng)構(gòu)建的，它通過(guò)顯微物鏡將激光光 束聚焦，利用聚焦中心附近的梯度力場(chǎng)形成光阱，實(shí)現(xiàn)對(duì)微粒的捕獲和操縱。傳 統(tǒng)光鑷技術(shù)上已經(jīng)相當(dāng)成熟和完善，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，價(jià)格昂貴，并且 光阱移動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜，操作技能要求高，樣品移動(dòng)自由度小。由于其具有幾何尺寸 大和工作距離短的特性，因而限制了普通光鑷的應(yīng)用，使其很難操縱位于狹窄位 置(如深孔中)的微粒，也不易實(shí)現(xiàn)多光鑷操縱。這些固有的缺點(diǎn)限制了其作 為生物粒子微操縱工具的應(yīng)用。新發(fā)展的光纖光鑷技術(shù)較好地解決了這些問(wèn)題。 利用兩根纖芯相對(duì)的單錐形透鏡單模光纖光鑷能夠捕獲微米量級(jí)的聚苯乙烯球。 但利用雙光纖構(gòu)成的光鑷要求光纖出射的光束在空間上對(duì)準(zhǔn)、移動(dòng)時(shí)兩根光纖必 須同時(shí)動(dòng)作，操作上仍存在諸多不便。容易想象，如果能夠利用單根光纖構(gòu)成光 鑷，則操作會(huì)更為簡(jiǎn)單，系統(tǒng)成本也會(huì)大大降低。但一個(gè)單錐形透鏡光纖對(duì)粒子 捕獲作用不足以抵消粒子的重力，不能實(shí)現(xiàn)粒子的三維捕獲。2003年加拿大的R.S.Taylor等人((9/7f. ￡jcp. 11:2775-2782， 2003)利用腐蝕 和鍍膜的方法，制作了一種中空的金屬化光纖探針尖，巧妙的利用針尖的靜電引 力與光的散射力達(dá)到平衡，捕獲和操縱了浸沒(méi)在水中的玻璃微粒，實(shí)現(xiàn)了粒子的 三維捕獲。但這種方法加工過(guò)程中需要進(jìn)行多次腐蝕，步驟復(fù)雜，加工時(shí)間長(zhǎng)， 而且加工過(guò)程需要使用氫氟酸等有毒物質(zhì)，所以對(duì)加工環(huán)境要求高。2006年發(fā)明人提出了基于熔融拉錐方法的光纖光鑷制作技術(shù)和拋物線形狀 的單光纖光鑷，并申請(qǐng)了名稱為"拋物線形微結(jié)構(gòu)單光纖光鑷的熔拉制作方法" 的發(fā)明專利(中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00610151087.8)。這種具有拋物線形狀的光纖 探針可以有效地實(shí)現(xiàn)粒子的三維捕獲，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)光源的傳播模式無(wú)特 殊要求；制作方法簡(jiǎn)便，對(duì)加工條件無(wú)特殊要求等。但進(jìn)一步的研究表明，此種 結(jié)構(gòu)的單光纖光鑷，由于光纖中只含有一個(gè)纖芯，傳輸光從拋物線結(jié)構(gòu)的光纖尖 端出射后，在纖針尖端處形成的束腰光場(chǎng)的束腰半徑受到限制。因此，其捕獲力 無(wú)法進(jìn)一步增加，只能夠?qū)崿F(xiàn)較小尺度粒子的三維捕獲。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種捕獲力大、體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易，操作 方便，樣品移動(dòng)自由度大，造價(jià)低廉，可多光鑷聯(lián)合操作的用來(lái)俘獲微小粒子的 雙芯單光纖光鑷本發(fā)明的目的還在于提供一種用來(lái)俘獲微小粒子的雙芯單光纖 光鑷的制作方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的用來(lái)俘獲微小粒子的雙芯單光纖光鑷的組成包 括光纖，所述的光纖是在光纖公共包層中含有兩個(gè)獨(dú)立光纖芯的雙芯光纖，光纖 的一端為熔融拉錐及燒結(jié)而成的錐體光纖尖，錐體光纖尖的端部帶有微透鏡。本發(fā)明的用來(lái)俘獲微小粒子的雙芯單光纖光鑷還可以包括這樣一些特征在雙芯光纖的非錐體光纖尖的一端焊接有單芯光纖，并在焊接點(diǎn)處有拉錐形成的錐 體光耦合區(qū)。本發(fā)明的用來(lái)俘獲微小粒子的雙芯單光纖光鑷是采用這樣的方法來(lái)制作的采用光纖公共包層中含有兩個(gè)獨(dú)立光纖芯的雙芯光纖，首先對(duì)雙芯光纖實(shí)施 熔融拉錐，形成一個(gè)錐體形狀光纖尖，其次是對(duì)所拉制的錐體光纖進(jìn)行燒結(jié)，在 尖端生成一個(gè)微透鏡。本發(fā)明的制作方法還可以包括將雙芯光纖的非錐體的一端與單芯光纖焊 接，并在焊接點(diǎn)處加熱同時(shí)實(shí)施拉錐，形成錐體光纖的光耦合區(qū)。本發(fā)明的制作方法的具體步驟為- 1、 取一段帶有聚酯涂層的雙芯光纖，光纖長(zhǎng)度一般在1米以上，在其中點(diǎn) 位置，剝除光纖的涂覆層20 30毫米，使用無(wú)紡布蘸酒精和乙醚混合液，反復(fù) 擦拭光纖的外包層，直接清潔后備用；2、 將清潔后的光纖水平放入待加熱裝置的兩個(gè)V型槽內(nèi)，其中剝除外涂敷 層的光纖置于兩V型槽之間，通過(guò)真空吸附或機(jī)械壓緊將雙芯光纖固定于V型 槽內(nèi)部，通過(guò)整體移動(dòng)兩V型槽，調(diào)整光纖使其置于加熱裝置加熱區(qū)的合適位 置；3、 利用加熱裝置對(duì)裸露的雙芯光纖進(jìn)行一段時(shí)間的預(yù)加熱，加熱區(qū)的形成 可以采用氫氧氣燃燒、電弧持續(xù)放電、電熱陶瓷加熱、石墨加熱以及高功率激光 加熱，加熱區(qū)溫度要求在1600~ 1900。C之間；4、 對(duì)預(yù)加熱的光纖進(jìn)行持續(xù)加熱的同時(shí)，通過(guò)V型槽施加水平的軸向拉力，V型槽作水平分離運(yùn)動(dòng)，使光纖局部軟化部分快速被拉細(xì)，直至被光纖斷裂，形 成一個(gè)錐體形狀的光纖尖；5、 控制光纖V型槽的運(yùn)動(dòng)方向，使錐形光纖尖重新置于加熱區(qū)內(nèi)，精確控 制光纖的位置，使錐體光纖的尖端處于加熱裝置形成的溫場(chǎng)最高點(diǎn)，利用加熱裝 置在瞬間內(nèi)對(duì)光纖的尖端進(jìn)行迅速的加熱，使光纖尖端融化并在空氣中依靠自然 冷卻，由于光纖的表面張力作用，自然形成一個(gè)具有光場(chǎng)壓縮作用的微透鏡。6、 通過(guò)控制拉椎速度可以調(diào)整錐體光纖的拉制形狀和錐角大小，優(yōu)化雙芯 光纖光鑷的力學(xué)捕獲特性。利用本發(fā)明的方法制作的雙芯光纖光鑷，它存在兩個(gè)光場(chǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)， 一個(gè)是雙 光束交叉大角度導(dǎo)引匯集區(qū)，通過(guò)錐角快速變化的錐體光纖改變了雙芯光纖每個(gè) 纖芯中光波的傳導(dǎo)方向，將兩束光導(dǎo)引到光纖錐體尖端；另一個(gè)是形成大梯度光 場(chǎng)的光場(chǎng)壓縮區(qū)，通過(guò)光纖尖端微透鏡實(shí)現(xiàn)兩束光的光場(chǎng)壓縮。該雙芯光纖光鑷光場(chǎng)梯度的分布可通過(guò)調(diào)整錐體光纖的拉制形狀來(lái)控制錐 角的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)，梯度光場(chǎng)力的大小可通過(guò)調(diào)整輸入光功率的大小來(lái)進(jìn)行控制。本發(fā)明所采用的加熱裝置可以是氫氧火燃加熱裝置、電火弧加熱裝置、電熱 陶瓷或石墨加熱裝置，也可以是大功率激光加熱裝置。此外，本發(fā)明不僅適于雙 芯光纖光鑷，而且對(duì)于超過(guò)兩個(gè)纖芯的多芯光纖同樣適用。本發(fā)明所公開(kāi)的雙芯光纖光鑷的制作過(guò)程與工作原理如下所述
利用公共包層中包含兩個(gè)光纖芯的雙芯光纖制作光鑷，采用溫度加熱的方法 對(duì)雙芯光纖實(shí)施熔融拉錐后，形成一個(gè)雙光束大角度導(dǎo)引匯集區(qū)，然后對(duì)所形成 的光纖尖端再進(jìn)行燒結(jié)，從而制作成在尖端帶有一個(gè)微透鏡的光纖尖。在雙芯光 纖中傳導(dǎo)的兩光束首先通過(guò)錐角快速變化的錐體區(qū)，然后再經(jīng)過(guò)微透鏡形成的光 場(chǎng)壓縮區(qū)，就形成了一種雙光束組合的大梯度匯聚光場(chǎng)，由于該光纖尖端的雙光 束大數(shù)值孔徑組合而成的匯聚光場(chǎng)，與傳統(tǒng)單光纖光鑷相比，可形成具有更大數(shù) 值孔徑、更小束腰半徑的梯度光場(chǎng)，因此具有更大的光場(chǎng)梯度力勢(shì)阱。當(dāng)光場(chǎng)形 成的梯度力大于其散射力和吸收力時(shí)，對(duì)微粒起主導(dǎo)作用的梯度力將微粒捕獲在 光束焦點(diǎn)附近，形成由光學(xué)梯度場(chǎng)產(chǎn)生的光阱。光阱力可以幫助粒子克服自重， 實(shí)現(xiàn)對(duì)微小粒子的單光纖三維俘獲，并對(duì)其進(jìn)行固定、搬運(yùn)以及傳遞等操作。這 種雙芯光纖光鑷可用于活體生物細(xì)胞的俘獲或微小粒子的搬運(yùn)與組裝。與單芯光 纖光鑷相比，雙芯光纖的縱向光阱力明顯較大，這意味著，對(duì)于同樣的介質(zhì)球而 言，雙芯結(jié)構(gòu)的光纖光鑷能夠以更小的光功率實(shí)現(xiàn)捕獲，在應(yīng)用中更具有優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1. 本發(fā)明提出的雙芯光纖光鑷，由于在光鑷的尖端形成了一種雙光束組合的大 梯度匯聚光場(chǎng)，與其它結(jié)構(gòu)的單光纖光鑷相比，提高光鑷的捕獲力，改善了 光纖光鑷的捕獲特性?？梢詮V泛用于細(xì)胞分選、細(xì)胞融合、細(xì)胞轉(zhuǎn)基因操縱、 微細(xì)手術(shù)、分子馬達(dá)等生物醫(yī)學(xué)、材料化學(xué)、分子生物學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域。2. 本發(fā)明提出的雙芯光纖光鑷，具有尺寸小，操縱靈活，被捕獲的樣品可以自 由移動(dòng)，光鑷探頭可以深入到樣品室中的任何位置，大大提高了應(yīng)用范圍； 此外，基于該雙芯光纖光鑷它構(gòu)造的光鑷微操縱系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低， 容易實(shí)現(xiàn)多光纖光鑷集成等優(yōu)點(diǎn)；3. 本發(fā)明提出的雙芯光纖光鑷，可以通過(guò)控制錐體光纖的拉制形狀來(lái)控制錐角 的大小，改變光纖光鑷的梯度光場(chǎng)分布，實(shí)現(xiàn)捕獲力大小和粒子捕獲特性的 調(diào)整，靈活可變；4. 在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明過(guò)程中，所提出的從單芯光纖向雙芯光纖中的光功率注入與分 配方法，具有操作簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損耗低，偏振無(wú)關(guān)等優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，與其他的單光纖光鑷相比，雙芯光纖光鑷的改進(jìn)之處主要體現(xiàn)在， (l)發(fā)明了利用雙芯光纖替代了單芯光纖，有利于激發(fā)大梯度的捕獲光場(chǎng)；(2)
基于熔拉錐體加工和燒結(jié)工藝方法，發(fā)明了具有光場(chǎng)導(dǎo)引匯集區(qū)和光場(chǎng)壓縮區(qū)的 特殊形狀的光纖探針；(3)發(fā)明了焊接熔拉錐體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)雙芯光纖傳輸光場(chǎng)的 同時(shí)激發(fā)?；谏鲜龈倪M(jìn)，實(shí)現(xiàn)了光纖光鑷捕獲力的提高和捕獲特性的改善。(四)


圖1是本發(fā)明的雙芯光纖光鑷結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的雙芯光纖光鑷捕獲微小粒子的示意圖。圖3是本發(fā)明的光源注入雙芯光纖的熔融拉錐耦合方法意圖。圖4是本發(fā)明的光源注入雙芯光纖光鑷系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖，本發(fā)明的用來(lái)俘獲微小粒子的雙芯單光纖光鑷的組成包括在光纖公 共包層中含有兩個(gè)獨(dú)立光纖芯1的雙芯光纖2，光纖的一端為熔融拉錐及燒結(jié)而 成的錐體光纖尖3，錐體光纖尖的端部帶有微透鏡4。其中5為單光纖光鑷形成 的用于捕獲微小粒子的梯度光場(chǎng)。圖2是本發(fā)明的來(lái)俘獲微小粒子的雙芯單光纖光鑷捕獲微小粒子的示意圖。 圖中6為被單光纖光鑷捕獲的微小粒子。圖3是本發(fā)明的光源注入雙芯光纖的熔融拉錐耦合方法意圖。圖中，光源7 發(fā)出的光，從單芯光纖8通過(guò)熔融拉錐耦合區(qū)9注入到雙芯光纖2的兩個(gè)纖芯1， 形成傳輸光10。圖5是本發(fā)明的雙芯光纖光鑷系統(tǒng)示意圖。光源11為單纖雙芯光纖光鑷12 提供光能量。以下描述的是基于雙芯光纖的單光纖光鑷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)微小粒子捕獲的實(shí)施方 案。在本實(shí)施方案中，實(shí)現(xiàn)雙芯光纖光鑷捕獲微小粒子的難點(diǎn)是如何將大能量的 光源注入并耦合到雙芯光纖中，從而產(chǎn)生大梯度的光場(chǎng)。在實(shí)施本發(fā)明的過(guò)程中，采用的單芯光纖到雙芯光纖的光功率注入與耦合方 法如圖3所示。其方法如下-1.首先，將半導(dǎo)體光源7輸出的大功率激光耦合到單模單芯光纖8，要求在光 纖中傳輸光的功率在0 120mW可調(diào)；單芯光纖的選擇需要根據(jù)光源輸出波 長(zhǎng)的大小，例如選用Corning公司生產(chǎn)的SMF-28單模光纖、HI980單模光纖，
或者Nufern公司生產(chǎn)的630HP單模光纖。2. 其次，將單芯光纖8與雙芯光纖2實(shí)施焊接，光纖焊接參數(shù)的選擇與選用的 單芯光纖和雙芯光纖有關(guān)，典型的焊接參數(shù)為基準(zhǔn)電流2 3毫安，預(yù)熔電流 4~5毫安，預(yù)熔時(shí)間100-150毫秒，熔接電流6 8毫安，熔接時(shí)間120~160 毫秒，光纖熔接給進(jìn)量25~35微米，光纖端面的角度偏差小于2° 。在焊接 點(diǎn)處，由于單芯光纖與雙芯光纖中光纖芯的位置相互偏離，因此傳輸光束無(wú) 法直接從單芯光纖進(jìn)入雙芯光纖；3. 第三，利用熔融拉錐方法，在光纖焊接點(diǎn)處對(duì)光纖加熱，同時(shí)施加水平拉力， 對(duì)焊接光纖實(shí)施拉錐，其中錐體長(zhǎng)度控制在12 18mm之間，形成錐體光纖的 光耦合區(qū)9。單芯光纖8中的傳輸光在錐形耦合區(qū)內(nèi)通過(guò)模式轉(zhuǎn)換，在雙芯 光纖的每個(gè)芯內(nèi)重新建立傳輸模，實(shí)現(xiàn)功率的注入與分配。在輸出端檢測(cè)雙 芯光纖每個(gè)芯的注入功率10，通過(guò)控制錐體耦合區(qū)的長(zhǎng)度，可以控制雙芯光 纖中光功率注入大小和分配比例。使雙芯光纖中的注入為最大，并且兩纖芯 的光功率盡量一致。4. 第四，對(duì)錐體形狀的耦合部位進(jìn)行封裝保護(hù)，防止光纖中的注入功率和纖芯 的分光比發(fā)生變化。封裝的方法(1)取一只石英半管，將其置于錐體耦合 區(qū)的正下方，使其包裹住錐體耦合區(qū)但不發(fā)生接觸，并且讓錐體耦合區(qū)位于 石英半管的正中心；(2)在石英半管的兩端點(diǎn)少量混合的環(huán)氧樹(shù)脂膠，使環(huán)氧樹(shù)脂膠覆蓋錐體耦合部?jī)啥说膯涡竟饫w和雙芯光纖(注意盡量保持半管不 動(dòng))；(3)開(kāi)始加熱，等到環(huán)氧樹(shù)脂膠的顏色變?yōu)榧t褐色，表示固化好，取出 帶有石英半管的錐體耦合部組件；(4)將上述組件，穿入熱縮套管并加熱； (5)外套不銹鋼管作后封裝，并用硅膠填裝，再放置在7(TC烘箱中烘烤2 小時(shí)，即完成全部封裝。5. 最后，采用加熱的方法對(duì)雙芯光纖實(shí)施熔融拉錐，形成一個(gè)雙光束大角度導(dǎo) 引匯集區(qū)；然后對(duì)所形成的光纖尖端再進(jìn)行燒結(jié)，從而制作成在尖端帶有一 個(gè)微透鏡的光纖尖，微透鏡直徑可控制在5 10微米之間。制作方法和步驟詳 見(jiàn)發(fā)明內(nèi)容?；陔p芯光纖光鑷構(gòu)造的微小粒子捕獲系統(tǒng)的實(shí)施方案，結(jié)合圖4，由光源 11發(fā)出的大能量光束7，耦合進(jìn)入單芯光纖8中。輸入光經(jīng)過(guò)錐體耦合區(qū)9后，
實(shí)現(xiàn)了雙芯光纖的光功率的低損耗注入與耦合。在雙芯光纖2的每個(gè)纖芯1中激 勵(lì)起能量大體一致的傳輸光束。此傳輸光束經(jīng)過(guò)雙芯光纖的大角度錐體匯集區(qū)域 3和光纖尖端微透鏡4區(qū)域后，在出射端形成一個(gè)大梯度光場(chǎng)，構(gòu)成光阱，實(shí)現(xiàn) 對(duì)微小粒子的三維捕獲。此實(shí)施方案可對(duì)微小粒子進(jìn)行固定、搬運(yùn)以及傳遞等操 作，可用于活體生物細(xì)胞的俘獲或微小粒子的搬運(yùn)與組裝。
權(quán)利要求
1、一種用來(lái)俘獲微小粒子的雙芯單光纖光鑷，它包括光纖，其特征是所述的光纖是在光纖公共包層中含有兩個(gè)獨(dú)立光纖芯的雙芯光纖，光纖的一端為熔融拉錐及燒結(jié)而成的錐體光纖尖，錐體光纖尖的端部帶有微透鏡。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用來(lái)俘獲微小粒子的雙芯單光纖光鑷，其特征是: 在雙芯光纖的非錐體光纖尖的一端焊接有單芯光纖，并在焊接點(diǎn)處有拉錐形成 的錐體光耦合區(qū)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用來(lái)俘獲微小粒子的雙芯單光纖光鑷，其特征是-所述的光纖還可以是公共包層中含有多個(gè)獨(dú)立纖芯的多芯光纖。
4、 一種用來(lái)俘獲微小粒子的雙芯單光纖光鑷的制作方法，其特征是采用 光纖公共包層中含有兩個(gè)獨(dú)立光纖芯的雙芯光纖，首先對(duì)雙芯光纖實(shí)施熔融拉 錐，形成一個(gè)錐體形狀光纖尖，其次是對(duì)所拉制的錐體光纖進(jìn)行燒結(jié)，在尖端 生成一個(gè)微透鏡。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用來(lái)俘獲微小粒子的雙芯單光纖光鑷的制作方 法，其特征是還可以包括將雙芯光纖的非錐體的一端與單芯光纖焊接，并在 焊接點(diǎn)處加熱同時(shí)實(shí)施拉錐，形成錐體光纖的光耦合區(qū)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用來(lái)俘獲微小粒子的雙芯單光纖光鑷的制作方 法，其特征是具體步驟及這些步驟的組合(1) 取一段帶有聚酯涂層的雙芯光纖，光纖長(zhǎng)度一般在1米以上，在其中點(diǎn)位置，剝除光纖的涂覆層20 30毫米，使用無(wú)紡布蘸酒精和乙醚混合液， 反復(fù)擦拭光纖的外包層，直接清潔后備用；(2) 將清潔后的光纖水平放入待加熱裝置的兩個(gè)V型槽內(nèi)，其中剝除外涂 敷層的光纖置于兩V型槽之間，通過(guò)真空吸附或機(jī)械壓緊將雙芯光纖固定 于V型槽內(nèi)部，通過(guò)整體移動(dòng)兩V型槽，調(diào)整光纖使其置于加熱裝置加熱 區(qū)的合適位置；(3) 利用加熱裝置對(duì)裸露的雙芯光纖進(jìn)行一段時(shí)間的預(yù)加熱，加熱區(qū)的形成 可以采用氫氧氣燃燒、電弧持續(xù)放電、電熱陶瓷加熱、石墨加熱以及高功率 激光加熱，加熱區(qū)溫度要求在1600 1900'C之間；200710144491.7權(quán)利要求書(shū)第2/2頁(yè)(4) 對(duì)預(yù)加熱的光纖進(jìn)行持續(xù)加熱的同時(shí)，通過(guò)V型槽施加水平的軸向拉 力，V型槽作水平分離運(yùn)動(dòng)，使光纖局部軟化部分快速被拉細(xì)，直至被光纖 斷裂，形成一個(gè)錐體形狀的光纖尖；(5) 控制光纖V型槽的運(yùn)動(dòng)方向，使錐形光纖尖重新置于加熱區(qū)內(nèi)，精確 控制光纖的位置，使錐體光纖的尖端處于加熱裝置形成的溫場(chǎng)最高點(diǎn)；利用 加熱裝置在瞬間內(nèi)對(duì)光纖的尖端實(shí)施迅速加熱，使光纖尖端融化并在空氣中 依靠自然冷卻，自然形成一個(gè)具有光場(chǎng)壓縮作用的微透鏡。(6) 通過(guò)控制拉椎速度可以調(diào)整錐體光纖的拉制形狀和錐角大小，優(yōu)化雙芯 光纖光鑷的力學(xué)捕獲特性。
7、根據(jù)權(quán)利要求4所述的用來(lái)俘獲微小粒子的雙芯單光纖光鑷的制作方 法，其特征是適用于光纖公共包層中含有兩個(gè)以上獨(dú)立光纖芯的多芯光纖光 鑷的制作。全文摘要
本發(fā)明提供的是一種用來(lái)俘獲微小粒子的雙芯單光纖光鑷及其制作方法。它包括光纖，所述的光纖是在光纖公共包層中含有兩個(gè)獨(dú)立光纖芯的雙芯光纖，光纖的一端為熔融拉錐及燒結(jié)而成的錐體光纖尖，錐體光纖尖的端部帶有微透鏡。利用本發(fā)明的方法制作的雙芯光纖光鑷，它存在兩個(gè)光場(chǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)，一個(gè)是雙光束交叉大角度導(dǎo)引匯集區(qū)，通過(guò)錐角快速變化的錐體光纖改變了雙芯光纖每個(gè)纖芯中光波的傳導(dǎo)方向，將兩束光導(dǎo)引到光纖錐體尖端；另一個(gè)是形成大梯度光場(chǎng)的光場(chǎng)壓縮區(qū)，通過(guò)光纖尖端微透鏡實(shí)現(xiàn)兩束光的光場(chǎng)壓縮。本發(fā)明所提供的雙芯光纖光鑷可用于活體生物細(xì)胞的俘獲或微小粒子的固定、搬運(yùn)與組裝。
文檔編號(hào)G02B6/02GK101149449SQ20071014449
公開(kāi)日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2007年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月26日
發(fā)明者劉志海, 軍 楊, 苑立波 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)