[发明专利]基于腐蚀渐变折射率多模光纤的单光纤光镊制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤光镊，具体涉及一种基于腐蚀渐变折射率多模光纤的单光纤光镊制作方法。

背景技术

光镊是Askin于1986年提出的，见Optics Letters，11(5)，288-290，1986，其原理是基于一大数值孔径的会聚透镜形成一束高度会聚光，在会聚点附近的微粒由于受到较大的梯度力，可以克服其自身重力和散射力而被捕获，捕获之后可以进行三维移动。传统的光镊体积大，操作不方便。1993年Constable等人提出了一种基于光纤端面的双光束光镊，见Optics Letters，18(21)，1867-1869，1993，其后很长一段时间内，后来被发展成为光学拉伸器(Optical Stretcher)，见Biophysical Journal，81，767-784，2001。这种光纤双光束光镊的体积大大减小，但不能实现微粒的三维操控。

专利号为ZL200710072626.3的中国发明专利“小芯径超高数值孔径锥体光纤光镊及其制作方法”公开了一种单光纤光镊制作方法，采用光纤芯径小于3微米，数值孔径大于0.33，并采用研磨的方法形成30-120°锥角。该方法采用的光纤属于特种光纤，必须专门定制，成本较高。专利号为ZL200610151087.8的中国发明专利“抛物线形微结构单光纤光镊的熔拉制作方法”公开了一种单光纤光镊制作方法，采用熔融拉锥的方式制作，其制作重复性较难保证。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提供一种基于腐蚀渐变折射率多模光纤的单光纤光镊制作方法，该方法能克服现有技术中所存在的缺陷，成本低、步骤简单、重复性好、适宜批量制作。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种基于腐蚀渐变折射率多模光纤的单光纤光镊制作方法，包括以下步骤：

①将渐变折射率多模光纤涂覆层剥除，清洁后放入氢氟酸溶液，在氢氟酸溶液表面覆盖一层异辛烷，防止氢氟酸挥发；

②经过时间t的腐蚀，光纤在腐蚀液面以下的部分被腐蚀掉，在腐蚀液表面，由于液面张力的作用，光纤端被腐蚀成锥形得到光纤锥；

③清洗掉步骤②得到的光纤锥上残余的腐蚀液，然后吹干或者晾干；

④步骤③得到的渐变折射率多模光纤一端为光纤锥，将另一端切割，切割长度为L，L满足L_min＜L＜L_max，其中L_max＝mp，L_min＝(m-1/4)p+r_maxtanβ，m为正整数，p为渐变折射率多模光纤的数值孔径，r_max为子午光线在径向偏离光纤轴线的最大值，β为腐蚀制作的光纤锥半角，β满足β＞θ(0)，θ(0)为子午光线在渐变折射率多模光纤中传输时与光纤轴线的最大夹角；

⑤将步骤④所得的切割端与普通单模光纤熔接，当一束激光耦合进普通单模光纤时，渐变折射率多模光纤锥的输出光场形成一单光纤光镊。

按照本发明所提供的基于腐蚀渐变折射率多模光纤的单光纤光镊制作方法，其特征在于，步骤②的腐蚀时间t＞t₀，t₀为渐变折射率多模光纤在腐蚀液面以下的部分被腐蚀掉所需的时间。

按照本发明所提供的基于腐蚀渐变折射率多模光纤的单光纤光镊制作方法，其特征在于，步骤①中清洁采用脱脂棉或无尘纸清洁；步骤③中晾干过程是置于无尘环境中晾干，吹干过程采用吹风机吹干。

本发明的有益效果是：本发明利用氢氟酸腐蚀液表面张力将渐变折射率光纤腐蚀成光纤锥，可以加大光场的会聚角，形成较大的梯度力，更容易形成光镊。另一方面，采用渐变折射率多模光纤，利用其自聚焦特性，并选择适当的光纤长度来控制出射光场的会聚角，通过这种方法来调节该单光纤光镊的捕获能力和作用距离。该基于腐蚀渐变折射率多模光纤的单光纤光镊制作方法，具有成本低、步骤简单、重复性好、适宜批量制作等优点。

附图说明

图1为腐蚀渐变折射率多模光纤的示意图；

图2为腐蚀前渐变折射率多模光纤的结构示意图；

图3为腐蚀过程中渐变折射率多模光纤结构示意图；

图4为腐蚀后形成的渐变折射率多模光纤锥的结构示意图；

图5为渐变折射率多模光纤中光的传输路径及出射光束的几何光学示意图；

图6为渐变折射率多模光纤中光的传输路径及光纤锥的出射光束的几何光学示意图；

图7为单光束光镊系统的结构示意图；