[发明专利]四芯光纤组合光镊及其光栅动力控制方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤技术研究领域，涉及的是一种四芯光纤组合光镊，本发明也涉及一种四芯光纤组合光镊的光阱力的控制方法。

背景技术

自从1986年Askin在Opt.Lett.11，288-290上发表文章“Observation of a single-beamgradient force optical trap for dielectric particles”，把单束激光引入高数值孔径物镜形成了三维光学势阱，实现了对粒子的三维空间控制，因为此光束可以实现空间对微小粒子的夹持，因此得名“光镊”。它是利用光强度分布的梯度力和散射力俘获和操纵微小粒子的工具。光镊技术发展迅速，成为重要的研究技术手段，并促进了若干交叉领域的快速发展。例如：在微小粒子的捕获和搬运、皮牛级力的测量、微机械与微器件的组装等领域得到广泛的应用。特别在生命科学领域，光镊技术以其非接触式、无损探测的本质特性显示了其无与伦比的优势，对于推动生命科学的发展和微生命体的操纵发挥了巨大的作用。光镊俘获的粒子尺度可以从几纳米到几十微米，可以为刚性颗粒，也可以是软物质颗粒；可以为无生命的颗粒，也可以是活体细胞或病毒。

由传统光镊发展至光纤光镊技术以来，产生多种光纤光镊系统，例如：Lyons将两根单模光纤的端面研磨成锥体，在锥体尖端形成一个半球面，使得出射光束具有弱聚焦特性，将这两根光纤成一定光轴夹角放置，交叠光场形成的光阱可以实现微粒的捕获和悬浮，这篇文章发表在Appl.Phys.Lett.66，1584-1586，1995；公开号为CN 1963583A的发明专利将一段光纤的一端熔拉制成具有抛物线形微结构的光纤针。将激光耦合到光纤的另一端中，激光从光纤针出射后在光纤针前端形成的小于1微米腰斑直径的汇聚光场，能够形成稳定的三维光势阱，从而实现单光纤光镊；公开号CN101118300的中国发明专利给出了一种小芯径超高数值孔径锥体光纤光镊及其制作方法。它是采用小芯径超高数值孔径光纤加工而成的，其光纤端被研磨成锥体形状。由于该光纤尖端的大数值孔径而形成的发散光场可形成较大的光场梯度力势阱，因而可以克服粒子的自重，实现对微小粒子的单光纤三维俘获。为了进一步对所捕获的微小粒子的姿态进行控制，公开号为CN101149449的中国发明专利文件中又给出了一种双芯光纤光镊和公开号CN101236274三芯光纤光学微手。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能在节约物理空间的同时，大幅降低系统输入光功率，减小对待捕获粒子的伤害；对微粒的捕获更加灵活、准确，可调节性大的四芯光纤组合光镊。本发明的目的还在于提供一种四芯光纤组合光镊的光栅动力控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的四芯光纤组合光镊为：在四芯光纤的四根纤芯上预先写入光栅常数不同的两组光纤光栅，四芯光纤的一端与标准单模光纤的一端以热熔融拉椎的方式耦合连接，标准单模光纤的另一端通过波分复用器与两个激光光源连接，四芯光纤的另一端采用精细研磨的方式加工制备成椎体结构。

本发明的四芯光纤组合光镊还可以包括：

所述的四芯光纤的四个光纤芯，彼此距离相同，剖面分布呈正四边形。

所述的两个激光光源的光波长不相等，第一激光光源的光波长为λ₁，第二激光光源的光波长为λ₂。

所述的波分复用器后与环行器连接。

所述的环行器的输出端口与普通标准光纤连接。

所述在四芯光纤的四根纤芯上预先写入光栅常数不同的两组光纤光栅是指，在一对纤芯上写入光栅常数为Λ₁的光栅，完全反射波长为λ₂的第二激光光源的光，即只允许波长为λ₁的第一激光光源的光；另一对纤芯上写入光栅常数为Λ₂的光栅，完全反射波长为λ₁的第一激光光源的光，即只允许波长为λ₂的第二激光光源的光通过。

所述四芯光纤一端的锥形结构的角度α满足π/2-arcsin(nliquid/ncore)＜α＜π/2。

所述四芯光纤一端的锥形结构，两对纤芯的研磨角度不同。