[发明专利]用来俘获微小粒子的双芯单光纤光镊及其制作方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种光镊，具体地说是一种双芯光纤光镊，本发明也涉及之中光镊的制作方法。属于光纤技术领域。

(二)背景技术

自从Ashkin(1970，Phys.Rev.Lett.，24：156-159；1987，Nature，330：769-771)首次发现光场梯度力可捕获微小粒子并提出光镊这一概念以来，光镊技术已广泛应用于各种领域中。从小到纳米粒子，大到数百微米的粒子、从活体细胞到DNA生物大分子链都可以用光镊进行捕获和操作。随着研究的深入以及技术的进步，光镊技术也已经由最初的单光束光镊发展到全息光镊技术、分时扫描光镊技术、特殊光束光镊技术等。

光镊是利用光场强度空间变化形成的梯度力把微粒稳定地捕获在光场最强处，即光束的焦点位置，当激光束移动时就可以带动微粒一起运动，实现对微粒的精密操控。传统光镊是基于光学显微镜系统构建的，它通过显微物镜将激光光束聚焦，利用聚焦中心附近的梯度力场形成光阱，实现对微粒的捕获和操纵。传统光镊技术上已经相当成熟和完善，但其结构复杂，体积庞大，价格昂贵，并且光阱移动系统复杂，操作技能要求高，样品移动自由度小。由于其具有几何尺寸大和工作距离短的特性，因而限制了普通光镊的应用，使其很难操纵位于狭窄位置(如：深孔中)的微粒，也不易实现多光镊操纵。这些固有的缺点限制了其作为生物粒子微操纵工具的应用。新发展的光纤光镊技术较好地解决了这些问题。利用两根纤芯相对的单锥形透镜单模光纤光镊能够捕获微米量级的聚苯乙烯球。但利用双光纤构成的光镊要求光纤出射的光束在空间上对准、移动时两根光纤必须同时动作，操作上仍存在诸多不便。容易想象，如果能够利用单根光纤构成光镊，则操作会更为简单，系统成本也会大大降低。但一个单锥形透镜光纤对粒子捕获作用不足以抵消粒子的重力，不能实现粒子的三维捕获。

2003年加拿大的R.S.Taylor等人(Opt.Exp.11：2775-2782，2003)利用腐蚀和镀膜的方法，制作了一种中空的金属化光纤探针尖，巧妙的利用针尖的静电引力与光的散射力达到平衡，捕获和操纵了浸没在水中的玻璃微粒，实现了粒子的三维捕获。但这种方法加工过程中需要进行多次腐蚀，步骤复杂，加工时间长，而且加工过程需要使用氢氟酸等有毒物质，所以对加工环境要求高。

2006年发明人提出了基于熔融拉锥方法的光纤光镊制作技术和抛物线形状的单光纤光镊，并申请了名称为“抛物线形微结构单光纤光镊的熔拉制作方法”的发明专利(中国专利申请号：200610151087.8)。这种具有抛物线形状的光纤探针可以有效地实现粒子的三维捕获，优点是结构简单，对光源的传播模式无特殊要求；制作方法简便，对加工条件无特殊要求等。但进一步的研究表明，此种结构的单光纤光镊，由于光纤中只含有一个纤芯，传输光从抛物线结构的光纤尖端出射后，在纤针尖端处形成的束腰光场的束腰半径受到限制。因此，其捕获力无法进一步增加，只能够实现较小尺度粒子的三维捕获。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种捕获力大、体积小，结构简单，制作容易，操作方便，样品移动自由度大，造价低廉，可多光镊联合操作的用来俘获微小粒子的双芯单光纤光镊本发明的目的还在于提供一种用来俘获微小粒子的双芯单光纤光镊的制作方法。

本发明的目的是这样实现的：用来俘获微小粒子的双芯单光纤光镊的组成包括光纤，所述的光纤是在光纤公共包层中含有两个独立光纤芯的双芯光纤，光纤的一端为熔融拉锥及烧结而成的锥体光纤尖，锥体光纤尖的端部带有微透镜。

本发明的用来俘获微小粒子的双芯单光纤光镊还可以包括这样一些特征：在双芯光纤的非锥体光纤尖的一端焊接有单芯光纤，并在焊接点处有拉锥形成的锥体光耦合区。

本发明的用来俘获微小粒子的双芯单光纤光镊是采用这样的方法来制作的：

采用光纤公共包层中含有两个独立光纤芯的双芯光纤，首先对双芯光纤实施熔融拉锥，形成一个锥体形状光纤尖，其次是对所拉制的锥体光纤进行烧结，在尖端生成一个微透镜。

本发明的制作方法还可以包括：将双芯光纤的非锥体的一端与单芯光纤焊接，并在焊接点处加热同时实施拉锥，形成锥体光纤的光耦合区。

本发明的制作方法的具体步骤为：

1、取一段带有聚酯涂层的双芯光纤，光纤长度一般在1米以上，在其中点位置，剥除光纤的涂覆层20～30毫米，使用无纺布蘸酒精和乙醚混合液，反复擦拭光纤的外包层，直接清洁后备用；