[发明专利]一种基于斜光线环形光场的阶跃多模光纤光镊

说明书

技术领域

本发明属于精准医疗科研实验器材领域，具体涉及一种基于斜光线环形光场的阶跃多模光纤光镊。

背景技术

光镊是利用光场强度空间变化形成的梯度力把微粒稳定的捕获在光场最强处，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。细胞是生命结构和功能的基本单位，光镊用于微米范围内操纵微粒的特点正好符合细胞、亚细胞层次的研究。在20世纪末各种新技术争奇斗艳的角逐中，光镊以它能动态地研究活细胞的独特的功能，显示出耀人眼目的灿烂光芒。传统光镊是基于光学显微镜系统构建的，它通过显微镜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。传统光镊结构复杂，体积庞大，价格昂贵，操作技能要求高，样品移动自由度小，限制了其广泛的应用价值。与基于显微镜的常规光镊系统相比，基于单光纤的微探头式光镊系统结构简单、紧凑，捕陷范围大，操纵灵活，便于调整，可以适应更多的生物细胞和生物分子的光微操作需求，扩大了激光微操纵技术在生命科学中的应用范围，具有广泛的应用前景。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种基于斜光线环形光场的阶跃多模光纤光镊。该装置可捕获单细胞及飞升级微液滴，通过斜入射调节装置改变注光角度、位置、间距，实现对细胞的精确捕获、搬运、弹射、筛选等操作。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种基于斜光线环形光场的阶跃多模光纤光镊，包括光源1、单模光纤2和阶跃多模光纤4，阶跃多模光纤的末端设置捕获镊头6；光源光耦合注入单模光纤中，单模光纤给阶跃多模光纤斜入射注光，阶跃多模光纤中光线以斜光线的形式螺旋向前传输并构成环形光场，环形光在捕获镊头6端面全反射汇聚，产生强光阱力；所述光纤光镊还包括斜入射调节装置I3-1和斜入射调节装置II3-2，所述斜入射调节装置II水平夹持阶跃多模光纤，斜入射调节装置I斜方位夹持单模光纤。

进一步，所述捕获镊头通过以下方法获得：截取一段长为2m、外包层直径为125μm，纤芯直径105μm的阶跃折射率多模光纤，在其两端利用米勒钳去除涂覆层2cm，用无纺布蘸取酒精擦拭干净，并使用光纤切割刀将其端面切割平整，将切平的阶跃折射率多模光纤夹装在光纤研磨系统上，下压光纤，使其与研磨盘成37.5°的倾角，用8000目砂纸进行光纤自转同步研磨；当研磨深度到34.5μm时，上抬光纤，更换12000目砂纸抛光光纤磨制面2小时，保证光纤斜面完全平整；将980nm激光器激光注入单模光纤，单模光纤斜入射至多模光纤注光，斜入射的方法消除纤芯中的子午光线，构造完全由斜光线构成的环形光场，多模光纤中传输的斜光线组成的环形光场在研磨圆锥台结构反射汇聚后，产生光强梯度场，构造成强光阱力单光纤光镊，用于捕获单细胞或飞升级微液滴。

进一步，所述斜入射调节装置I包括用于调整单模光纤在水平位置上位置的X轴调节部分I、用于调整单模光纤在竖直位上位置的Y轴调节部分I和用于调节单模光纤出射光出射角度的转盘转动调节部分I。

进一步，所述斜入射调节装置II包括用于调整阶跃多模光纤的入射段在水平位置上位置的X轴调节部分II、用于调整阶跃多模光纤的入射段在竖直位上位置的Y轴调节部分II和用于调节阶跃多模光纤入射段角度的转盘转动调节部分II。

进一步，所述光源为980nm激光器，耦合至980nm单模光纤后，最大输出功率大于400mW。

进一步，所述阶跃多模光纤为玻璃包层阶跃折射率多模光纤，数值孔径0.22，光纤芯径105μm，包层直径125μm。

进一步，所述单模光纤为980nm单模光纤，数值孔径0.2，980nm对应模场直径4.2μm，芯径3.6μm，包层直径125μm，前端通过耦合透镜与980nm光源耦合。

进一步，该光纤光镊还包括微操手5，所述微操手用于调节多模阶跃光纤末段的位置。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：