[发明专利]一种多芯光纤类贝塞尔光束阵列光镊

说明书

一种多芯光纤类贝塞尔光束阵列光镊，属于光学捕获技术领域。本发明包括多芯光纤、阶跃多模光纤和激光光源，激光光源的尾纤与多芯光纤的一端熔融拉锥耦合连接，多芯光纤的另一端与阶跃多模光纤的一端常规同轴熔接，阶跃多模光纤的另一端经熔融加工制备成半径R的近似半圆球结构。本发明为一种基于类贝塞尔光束的新型全光纤阵列光镊，可用于对多个微小粒子的批量操作和筛选，实现特定位置的三维阵列排列；可通过对多芯光纤纤芯数目、阶跃多模光纤的长度及阶跃多模光纤一端熔融拉锥形状的调整，实现光势阱和捕获粒子数量的变更，实现微小粒子的显微精细操作，使其在生物医学研究领域有广泛的应用价值。

技术领域

本发明属于光学捕获技术领域，具体涉及一种多芯光纤类贝塞尔光束阵列光镊。

背景技术

光镊是利用光强分布的梯度力和散射力俘获和操纵粒子的工具。由美国贝尔实验室的 Askin及其同事与1986年首次提出(Optics Letters,18(5):288-290,1986)，一种基于单光束激光的三维光学势阱，用于实现对微小粒子的三维控制，因此光束可实现空间对微小粒子的夹持，得名“光镊”。此后，光镊技术发展迅速，成为重要的研究技术手段，使其广泛应用于各种微小粒子的操作领域中，从数百微米的粒子到纳米粒子，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。

由于传统光镊系统基于光学显微系统其体积较大、在结构上缺乏灵活性、操作自由度较小。光纤作为波导介质，其柔性特征更适合于在复杂空间中进行微操作。与常规光镊系统相比，光纤光镊因其具有结构简单、价格低廉、操作灵活等特点而得到发展。

由多光纤光镊发展至阵列光纤光镊技术以来，产生了多种光纤光镊系统。例如，2008年公开了名为“集成于单根光纤的多光镊”，公开号CN101251620，通过调整纤芯的几何排布结构，可实现在不同位置几何排列的多个微小粒子的同时捕获，同时使光镊的捕获性能得到极大的改善；2010年，陆续公开了公开号为CN101893736A的“基于阵列芯光纤的轴向阵列光镊及光动力控制方法”，该轴向阵列光镊在光纤末端形成的光学势阱呈正八面体结构，正八面体的顶点处形成光学势阱，通过调节压电陶瓷驱动装置的驱动电路改变阵列芯光纤方向位移进行传输光束的相位控制，实现功率分配与调整，控制该轴向阵列光镊光阱力分布；公开号为CN101907742A的“基于多芯保偏光纤的阵列式光镊及其制备方法”，该阵列式光镊可以在光纤端形成致密的干涉网格光场阵列，在相干加强点形成光学势阱对粒子实现筛选等功能。这些光镊多能实现多粒子的捕获操作等功能，但很少有可进行亚微米级粒子三维阵列捕获和操作的光镊。

发明内容

针对上述现有发明，本发明提供了一种节约了物理空间的同时，实现了单光纤三维阵列捕获的基于光纤类贝塞尔光束的单光纤阵列光镊。

为实现上述目的，本发明公开的一种多芯光纤类贝塞尔光束阵列光镊，包括多芯光纤(3)、阶跃多模光纤(2)和激光光源(4)，激光光源(4)的尾纤(41)与多芯光纤(3)的一端熔融拉锥耦合连接，多芯光纤(3)的另一端与阶跃多模光纤(2)的一端常规同轴熔接，阶跃多模光纤(2)的另一端经熔融加工制备成半径R的近似半圆球结构(22)。

多芯光纤(3)的纤芯(31)的数量大于等于2，纤芯(31)的分布不固定。

阶跃多模光纤(2)为芯径大于多芯光纤的纤芯距的阶跃折射率分布的多模光纤，阶跃多模光纤(2)的长度范围为200-500μm，近似半圆球结构(22)的半径R的范围为50-90μm。

通过熔接电流时间的控制，控制近似半圆球结构(22)的形状。

本发明的有益效果在于：