【技术实现步骤摘要】
(一)本专利技术涉及的是一种基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊；主要用于有机和无机介质微粒等微小粒子运动状态的动态调控，包括但不限于捕获、拉伸、震荡和旋转等等，属于纤维集成光学。
技术介绍
0、(二)
技术介绍
1、光镊技术经过多年的发展已经在微纳领域研究中成为一项成熟的光学微操纵技术，随着人们对光镊技术研究的深入，不同的光学操纵对象对光镊的光学操纵性能提出了更高的要求；为了在微纳尺度范畴下满足各式各样的光学微操纵功能需求，纤维可集成光镊引起了研究人员的注意，并提出了多种的成功案例；例如将多根预加工端面后的光纤封装在石英毛细管中制成的基于光纤的全反射棱镜器件被用于实现非接触式的三维捕获(nature photonics,2007,1(12),723-727)；通过调节阶跃折射率光纤和单模光纤排列在石英毛细管玻璃管中形成的空气微腔长度来扩增光学微操纵范围(optics express 2015,23(3),3762-3769)；上述案例着眼于光纤结构型的集成从而改善了光纤光镊的功能表现，但是并没有提高光纤光镊器件同其他技术的集成性，在光镊集成性上仍有巨大进步空间；为此，有研究者提出利用光纤光镊和微流控技术相结合实现对微粒分选和输运的案例(optics communications 2018,427,563-566)；也有研究者将片上集成光学同光镊技术相结合，制作了“片上光镊”将光镊移植于硅质的基地之中，实现了对介质微粒的片上捕获(optica,2021,8(3):409-414)；尽管上述案例实现了不同技术的集合但是仍存
2、微流控技术作为一种可以精确控制和操控微尺度流体，尤其特指亚微米结构的技术，又称其为芯片实验室(lab-on-a-chip)或微流控芯片技术；是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程；由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域；由于微米级的结构，流体在微流控芯片中显示和产生了与宏观尺度不同的特殊性能，因此发展出独特的分析产生的性能；同时还有着体积轻巧、使用样品及试剂量少、能耗低，且反应速度快、可大量平行处理及可即用即弃等优点；近年来随着微流控技术的不断发展，科学家们提出将光学操纵技术同微流控技术相互结合的新兴技术即光流体学，光流体学是一种应用微流控及光学的技术，其利用光来控制流体的流动，特别是在微米级；这种技术的一个显著应用是所谓的芯片实验室设备:用于分析和分选颗粒和细胞的微型系统；光流体学的应用包括微尺度光学操纵、生物感测、芯片实验室等。
3、由于传统型的光镊缺陷显著，如结构复杂、成本高、体积大、集成难度大等不足，光纤光镊逐渐引起了研究人员的注意；光纤光镊凭借制作简单、操纵灵巧，采用高强度的激光光源可获得更大的光梯度力或光阱力等独特点，受到了国内国外的研究学者高度关注，并不断发展、探索和创新；自constable.a等人在1993年用两根单模光纤对微小粒子(聚苯乙烯球、活性酵母)进行光捕获(optics letters,1993,18(21):1867-1869)后，研究者们为了克服多光纤固有缺点，提高操作灵活性，提出了利用单根光纤光镊操纵介质微粒的案例；r.s.taylor等人在2003年制备具有特殊结构光纤进行粒子捕获，首次制作了单个光纤的光镊；中空金属化的光纤光镊具有环形光分布，通过静电引力的作用实现玻璃微粒的俘获(optics express,2003(21),11:2775-2782.)。
4、想要利用单根光纤光镊实现对介质微粒实现捕获、旋转、震荡等光学操纵，通常来说其光纤纤端需要经过特殊的加工，具体的加工方法有熔融拉锥法和特制研磨机研磨法以及其他多种方法(journal of lightwave technology 2015,33(16),3394-3405)；不同加工方法的共同目的是能够构建合适的光纤锥形端以实现大梯度光学捕获场的构建。
5、为了提高光镊技术的可集成性，本专利技术着眼于纤维可集成光镊，设计了结构独特、可集成的单光纤光镊器件；利用毛细管光纤空气孔在电弧放电时会塌缩的特性，再依靠大气压和电弧放电共同作用制作出内部含有双锥形自由曲面的毛细管光纤；接着，通过独立激光器控制输入光的偏芯光纤同毛细管光纤两侧焊接，最后经过光纤侧抛技术将毛细管光纤部分加工为d型结构，将折射率高于毛细管光纤包层的固化胶水注满空气孔内制成基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊；由毛细管两侧焊接的输入光纤所传导的传输模场在双锥形自由曲面内部发散并扩束形成多级发散光束，当多级发散光束传播至双锥形自由曲面同包层的分界面时，在满足全内反射条件的前提下将发生第一次全反射进而形成汇聚光束；汇聚光束在经过双锥形自由曲面同外部媒介的分界面时，在满足全内反射条件的前提下将发生第二次全反射进而加强其汇聚程度并形成一系列的光势阱；得益于侧抛后形成d型光纤结构，经过两次全反射后形成的一系列连续光势阱能够处于外部媒介中，进而通过激光器分别控制两侧输入光纤的入射光实现对介质微粒捕获位置、运动状态的动态调控；本专利技术提出的基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊不仅提高了单光纤光镊器件的功能集成性，还拓展了其在多势阱光捕获、微粒光拉伸、微粒光震荡、微纳集成等领域的应用潜力。
6、得益于光纤本身的结构特性，本专利技术提出的基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊可作为片上集成光学系统的一部分；一方面，聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)等常用的高透光性材料制成的微流芯片能够为本器件提供稳定、可靠的实验环境；另一方面，利用微流控技术配合嵌入本器件的微流芯片能够以低成本、可替换、易制造等优点迅速开展诸如粒子分选、单细胞分析、介质微粒特性研究等工作。
技术实现思路
0、(三)
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊及其制备方法。
2、本专利技术的目的是这样实现的：
3、如图1所示基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊是由它由毛细管光纤8及其两端焊接的输入光纤4的以及由毛细管光纤侧抛形成的双锥形自由曲面9组成；毛细管光纤8左右两侧连接的输入光纤4的输入光由激光器1控制；双锥形自由曲面9内部填充由双折射物质或者非双折射物质进行填充并固定；激光器1通过3db光纤耦合器2的分束后再通过光衰减器3为毛细管光纤8左右两侧连接的输入光纤4通入输入光，输入光在输入光纤4内形成的导模5经过在双锥形自由曲面9内部介质中形成多级发散光束12；多级发散光束12在双锥形自由曲面9内胶封后的双折射物质或者固化后固化胶形成的折射率高于d型管状包层10的介质中发散并扩束，当多级发散光束本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.根据权利要求1所述的基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊，其特征是：所述的基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊由激光器1通过3dB光纤耦合器2分束后注入两侧带有包层6和纤芯7的输入光纤4中，形成传导模场5。传导模场5在双锥形自由曲面9内部扩散并形成多级发散光束12。多级发散光束12会在D型管状包层11分界面发生多次全反射，同时在双锥形自由曲面9与D型管状包层11分界面发生折射，从而形成多个汇聚点，构成连续光势阱，可捕获介质微粒14。外界控制15可以利用填充物质对光的传输特性控制填充物质的双折射，改变光的传输路径，从而控制汇聚点的位置。此外，通过激光器1动态调节输入光纤4的光波长和光功率，填充物质可以实现对多级发散光束12进行折射，构成捕获势阱，调节捕获势阱汇聚程度和位置。这种基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊是一种新型的微尺度可集成光操纵工具，可应用于微粒旋转、微粒光震荡、微粒特性探测和微纳集成等领域。
2.根据权利要求1所述的基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊，其特征是：所述的基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊制备步骤如下：(1)通过光纤熔接形成内部含有双锥形自由曲
3.根据权利要求1所述的基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊，其特征是：所述的左右两侧输入光纤4的纤芯位置时中央芯或者偏芯位置的一种。
4.根据权利要求1所述的基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊，其特征是：所述的左右两侧输入光纤4的纤芯形状是圆形、环形、三角形、椭圆形、矩形或其他多边形形状中的一种。
5.根据权利要求1所述的基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊，其特征是：所述的左右两侧输入光纤4的模式可以为单模光纤、阶跃折射率分布多模光纤或者渐变折射率分布的多模光纤模式中的一种。
6.根据权利要求1所述的基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊，其特征是：所述的在双锥形自由曲面内可以填充双折射物质也可以通过填充高折射率透明材料。
7.根据权利要求1所述的基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊，其特征是双锥形自由曲面9在放电压强及加工过程中的特殊手段或者使用不同尺寸的毛细管光纤进行焊接，可形成不同曲面，使汇聚点发生移动。
8.根据权利要求1所述的基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊，其特征是输入光纤4的纤芯个数可以为双芯、三芯、五芯、六边形以及中央芯的七芯、环形芯、三角形的三芯。
9.根据权利要求1所述的基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊，其特征是输入光纤4可以为含有一个、两个、或者多个应力区的光纤。
...【技术特征摘要】
1.根据权利要求1所述的基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊，其特征是：所述的基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊由激光器1通过3db光纤耦合器2分束后注入两侧带有包层6和纤芯7的输入光纤4中，形成传导模场5。传导模场5在双锥形自由曲面9内部扩散并形成多级发散光束12。多级发散光束12会在d型管状包层11分界面发生多次全反射，同时在双锥形自由曲面9与d型管状包层11分界面发生折射，从而形成多个汇聚点，构成连续光势阱，可捕获介质微粒14。外界控制15可以利用填充物质对光的传输特性控制填充物质的双折射，改变光的传输路径，从而控制汇聚点的位置。此外，通过激光器1动态调节输入光纤4的光波长和光功率，填充物质可以实现对多级发散光束12进行折射，构成捕获势阱，调节捕获势阱汇聚程度和位置。这种基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊是一种新型的微尺度可集成光操纵工具，可应用于微粒旋转、微粒光震荡、微粒特性探测和微纳集成等领域。
2.根据权利要求1所述的基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊，其特征是：所述的基于双锥形自由曲面的可调控光纤光镊制备步骤如下：(1)通过光纤熔接形成内部含有双锥形自由曲面形的毛细管光纤；通过调整放电次数、放电强度、放电时间将能够控制双锥形自由曲面的特征例如长度、弧度、双锥间距；或者可以通过采用不同尺寸的毛细管光纤来实现对双锥形自由曲面特征的控制；(2)将上述步骤制作出的光纤样品固定在光纤侧抛装置上，利用砂轮将光纤样品中毛细管光纤的部分抛磨成d型状，由于砂轮在抛磨光纤过程中与光纤接触面为弧线的原因可能会造成毛细管光纤与其左右两侧...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓洪昌，王涛，付莉珺，陈大伟，苑立波，张文涛，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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