基于渐变折射率多模光纤的应力可调光纤光操控系统技术方案

基于渐变折射率多模光纤的应力可调光纤光操控系统，包括单模光纤，渐变折射率多模光纤，微流通道，渐变折射率多模光纤上设置有应变调节部，应变调节部的两端设置有用于对应变调节部进行拉伸的第一位移台、第二位移台，渐变折射率多模光纤一端与单模光纤熔接，另一端位于微流通道内。第一位移台、第二位移台均可对应变调节部施加轴向应力，使应变调节部产生轴向微应变，进而调节光在渐变折射率多模光纤中的传输特性，实现光纤光操控方法的操控距离可调。所述微流通道可以提供恒定的流速形成恒定的流体力，与出射光场产生的光学力平衡，对样品微粒远程无损伤的操控。本发明专利技术提供的光纤光操控方法结构简单，成本低，易于操控，可实现操控距离可调。

【技术实现步骤摘要】
基于渐变折射率多模光纤的应力可调光纤光操控系统
本专利技术涉及一种光纤
，特别涉及基于渐变折射率多模光纤的应力可调光纤光操控系统。
技术介绍
光操控方法自从1970年由美国科学家Ashkin及其同事首次提出（Physicalreviewletters,24(4),1560,1970）以来，逐渐成为探索微观世界的科学研究工具，使人们在许多研究中从被动观察转而主动的操控。光操控方法技术的原理是通过一些装置或技术手段，如大数值孔径透镜、光纤拉锥等会聚激光光束形成光学势阱，进而对微纳米级的微粒进行捕和操控。光操控方法对微粒是一种非机械接触式无损伤的操控，因此在生命科学、生化研究等领域被广泛应用于样品的操控、分选与分析。传统的光操控方法多为基于高数值孔径显微物镜的激光光操控方法，这种光操控方法体积庞大，造价较高，并且不易操作。光纤光操控方法大多使用熔融、拉伸或化学腐蚀的方法制作光纤锥，从而提高光的会聚效果。通常是基于单模光纤制作，然而单模光纤的纤芯直径小于10um,使得这些制作而成的光纤光操控方法具有如下缺点：第一，较小的纤芯直径将限制光纤尖端的微透镜半径，使得聚焦距离较短，限制了捕获距离；第二，微透镜在尖端处需要制作成特殊形状来增加聚集能力进而增加捕获的梯度力，将使得锥尖的制作过程变得很复杂；第三，单模光纤的锥尖尖端若有一些缺陷或表面较粗糙，容易导致束缚在纤芯中的光被散射。随着光微流的引入，进而提高了光操控的稳定性并延长了操控距离。GongY.等（Optofluidictunablemanipulationofmicroparticlesbyintegratinggraded-indexfibertaperwithamicrocavity[J].OpticalExpress,2015,23(3):3762-3769）提出了一种基于渐变多模光纤锥与微流通道结合的新型光操控方法，该光操控方法通过流体力与光学力的平衡，实现了较大的操控范围。这种光操控方法在渐变折射率多模光纤和单模光纤间引入空气腔，通过调节空气腔长度实现近20微米的操控范围。然而该光操控方法还存在一些不足。首先，基于光纤锥的光纤光操控方法，其锥的制作以及锥形的特异性，增加了装置的复杂度和不可重复性。其次，依靠增加激光功率的方式增大操控距离和能耗，并存在损伤样品的危险，限制了其在生物领域中的应用。针对上述问题，本专利技术提出了基于渐变折射率多模光纤的应力可调光纤光操控系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供基于渐变折射率多模光纤的应力可调光纤光操控系统，通过对应变调节部施加轴向应力，进而调节光纤光操控方法端面的位置，从而实现对捕获微粒进行操控，操作简单且操控范围大，从而解决现有技术中基于高数值孔径显微物镜的激光光操控方法体积庞大，造价高，不易操作等技术问题。本专利技术提供了一种基于渐变折射率多模光纤的光纤光操控装置的制作方法，该制作方法相对于现有技术中的基于光纤锥的光纤光操控方法，其光纤光锥制作工艺复杂，本专利技术采用切割平整的端面，降低了制作的难度，可有效提高光纤光操控方法的可重复性，降低损伤样品的风险。本专利技术还提供了一种基于渐变折射率多模光纤的光纤光操控装置的使用方法，操作步骤简单，便于操控。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：基于渐变折射率多模光纤的应力可调光纤光操控系统，包括单模光纤，渐变折射率多模光纤，微流通道，渐变折射率多模光纤上设置有应变调节部，应变调节部之间设置有用于对应变调节部进行拉伸的第一位移台、第二位移台，渐变折射率多模光纤一端与单模光纤熔接，另一端位于微流通道内。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述渐变折射率多模光纤的两端均为切割平整的端面。进一步地，为了更好的实现本专利技术，应变调节部为在渐变折射率多模光纤上选取的任一段，且应变调节部在原自由长度的基础上可拉伸的长度范围为0～700um。其中应变调节部原自由长度为不小于50.0cm，即应变调节部最低选取长度为50.0cm，可拉伸的最大长度为700um，该拉伸长度可实现多模光纤传输路径周期性的调控，同时在该拉伸长度范围内，防止多模光纤发生非弹性形变。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述微流通道的截面尺寸为300um×300um，长度为2cm。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述渐变折射率多模光纤的纤芯直径大于单模光纤的纤芯直径。本专利技术还提供了一种基于渐变折射率多模光纤的光纤光操控装置的制作方法，具体包括以下步骤：步骤1）：将渐变折射率光纤的两端面切割平整；步骤2）：将渐变折射率多模光纤的一个端面与单模光纤熔接；步骤3）：在渐变折射率多模光纤上选取一部分，将选取的一部分进行拉伸，得到应变调节部，应变调节部的两端分别固定在第一位移台、第二位移台上；步骤4）：调节第一位移台，使渐变折射率多模光纤的另一端面穿入微流通道内。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述制作基于渐变多模光纤的应力可调谐光纤光操控方法步骤3）通过调节第一位移台、第二位移台控制应变调节部在原自由长度的基础上可拉伸的长度范围为0～700um。本专利技术还提供了基于渐变折射率多模光纤的应力可调光纤光操控系统的制作方法，具体包括以下步骤：步骤a、调节第一位移台，使光场出射的渐变折射率多模光纤置于微流通道内所需的操控位置，并固定；步骤b、将一束激光耦合进单模光纤，经过渐变折射率多模光纤，输出光场，形成光操控方法；步骤c、通过进样泵，将样品溶液以恒定流速注入微流通道（6）内，微流通道提供恒定的流体力与输出光场提供的光学力平衡，将样品微粒捕获在固定位置光操控方法；步骤d、、固定第一位移台（3），调节第二位移台（4），使应变调节部（5）受到轴向应力，调节光在应变调节部（5）中的传输特性，从而调节光纤光操控方法的操控距离。本专利技术中光纤光操控方法的操控距离是周期性变化的，其变化周期与光在渐变折射率多模光纤中传输的会聚发散周期匹配。即光在渐变折射率多模光纤中传输路径具有周期性，在保证渐变折射率多模光纤的完整性前提下，对应变调节部进行拉伸，改变应变调节部的长度，则光在渐变折射率多模光纤中传输长度和出射光场变化，进而样品微粒的操控距离发生变化，从而实现对微流通道内样品微粒的操控距离可调节。与现有技术相比，本专利技术的具有以下有益效果：（1）本专利技术中利用渐变折射率多模光纤的自聚焦效应增加光场的会聚效果，采用切割平整的光纤光操控方法端面形成光操控方法，降低了光纤光操控方法的制作程序，提高操作的可重复性。（2）本专利技术光纤光操控方法中在渐变折射率多模光纤中选取一部分作为应变调节部，应变调节部的两端设置第一位移台，第二位移台，通过调节第一位移台，第二位移台对应变调节部施加轴向应力，可改变光在渐变折射率多模光纤中的传输特性，从而调节光纤光操控方法端面出射光场分布，进而改变操控距离，实现长距离低光功率的非接触式无损伤操控。（3）本专利技术提供的基于渐变折射率多模光纤的应力可调光纤光操控系统的制作方法，该制作方法操作简单，成本低，可重复性高，可实现大批量制作。（4）本专利技术提供的基于渐变折射率多模光纤的应力可调光纤光操控系统的使用方法，通过对渐变折射率多模光纤施加轴向应力，使应变调节部产生微应变，调节光纤光操控方法端面的位置，实现对样品微粒进行操控，操作便利，且本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于渐变折射率多模光纤的应力可调光纤光操控装置，包括单模光纤（1），渐变折射率多模光纤（2），微流通道（6），其特征在于，渐变折射率多模光纤（2）上设置有应变调节部（5），应变调节部（5）之间设置有用于对应变调节部（5）进行拉伸的第一位移台（3）、第二位移台（4），渐变折射率多模光纤（2）一端与单模光纤（1）熔接，另一端位于微流通道（6）内。

【技术特征摘要】
1.基于渐变折射率多模光纤的应力可调光纤光操控装置，包括单模光纤（1），渐变折射率多模光纤（2），微流通道（6），其特征在于，渐变折射率多模光纤（2）上设置有应变调节部（5），应变调节部（5）两端设置有用于对应变调节部（5）进行拉伸的第一位移台（3）、第二位移台（4），渐变折射率多模光纤（2）一端与单模光纤（1）熔接，另一端位于微流通道（6）内。2.根据权利要求1所述的基于渐变折射率多模光纤的应力可调光纤光操控装置，其特征在于，所述渐变折射率多模光纤（2）的两端均为切割平整的端面。3.根据权利要求2所述的基于渐变折射率多模光纤的应力可调光纤光操控装置，其特征在于，所述应变调节部（5）为在渐变折射率多模光纤（2）上任一段，且应变调节部（5）在原自由长度的基础上可拉伸的长度范围为0～700um。4.根据权利要求1所述的基于渐变折射率多模光纤的应力可调光纤光操控装置，其特征在于，所述微流通道（6）的截面尺寸为300um×300um，长度为2cm。5.根据权利要求1所述的基于渐变折射率多模光纤的应力可调光纤光操控装置，其特征在于，所述渐变折射率多模光纤（2）的纤芯直径大于单模光纤（1）的纤芯直径。6.基于渐变折射率多模光纤的应力可调光纤光操控装置的制作方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1）：将渐变折射率光纤（2）...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚元，张晨琳，饶云江，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51