【技术实现步骤摘要】
(一)本专利技术涉及的是一种基于光纤侧向的光镊器件。主要用于有机和无机微粒等微小粒子运动状态的动态调控，微粒特性或运动状态的感测，包括但不限于捕获、震荡、旋转和探测等等，属于纤维集成光学。
技术介绍
0、(二)
技术介绍
1、光镊(optical tweezers)是以激光的力学效应为基础的一种物理工具，是利用强会聚的光场与微粒相互作用时形成的光学势阱来俘获粒子的。是一种基于光与物质之间动量传递产生的一种对微纳米尺寸颗粒捕获和操纵的方，具有非接触和无损伤等优点，对生物、物理及材料等领域研究具有重要价值.从捕获和操控方法的发展上来看，光镊具有非常高的分辨率和灵敏度，从而具备最好的发展前景。
2、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(
3、光纤光镊技术；有研究者利用两根光纤捕获并操控纳米线，通过改变两根光纤探针的相对距离来控制纳米线的角度和方向(scientific reports,2014,3989)；还有研究者将片上集成光学同光镊技术相结合，专利技术了一种在硅介质的基底上捕获介质微粒的“片上光镊”(optica,2021,8(3):409-414)；尽管上述案例成功将多种不同的技术相结合在一起，但仍存在一些不足和工艺制作等问题，例如前者是用两根光纤探针捕获操纵，光纤集成度低；后者的硅介质基底加工难度较大、价格较高等；目前看来，将不同领域的优秀技术结合起来实现高度集成性的光镊仍具有很大的挑战性。
4、想要利用单根光纤光镊实现对微粒实现捕获、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、为了解决光纤的造价成本和集成度问题，本专利技术着力于专利技术出一种具有高度集成性，并集捕获、操纵和探测于一体的纤维可集成光镊器件；主要包括带有侧向捕获区(2)的多芯光纤(1)；多芯光纤(1)由包层(101)、功能纤芯(102)和参考纤芯(103)组成；向多芯光纤(1)的功能纤芯(102)双向注入捕获光(3)，功能纤芯(102)和参考纤芯(103)单向注入传感光(10)；一方面，捕获光(3)在功能纤芯(102)中传输至侧向捕获区(2)后，在第一界面(4)和第二界面(5)与样品液滴(6)的分界面处发生折射，捕获光(3)的折射光束(7)在侧向捕获区(2)的内部汇聚，形成可以捕获微粒(9)的光学力势阱(8)，同时通过分别对捕获光(3)光功率比例的动态调节，实现对光学力势阱(8)的分布和捕获位置的调控，最终实现对多个微粒(9)捕获位置和运动状态的动态调控，从而实现包括光捕获、光振动、光致旋转在内的光学操纵功能；另一方面，功能纤芯(102)和参考纤芯(103)中传输的传感光(10)进行两路传输，由于侧向捕获区(2)捕获或操纵微粒(9)时会干扰光路，使两路传输形成光程差，且有光程差，最终输出经过干涉形成马赫-曾德尔(m-z)干涉，通过分析干涉信号实现对颗粒(9)的捕获情况和运动状态的感测功能，是一种光操纵和光传感集成的综合器件。本专利技术提出的基于光纤侧向的光镊器件不仅提高了单光纤光镊器件的功能集成性，降低了制作难度和成本，还拓展了其在微纳集成、微粒光震荡、传感探测等领域的应用潜力。
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光纤侧向的光镊器件及其制备方法。
2、本专利技术的目的是这样实现的：
3、2、如图1所示基于光纤侧向的光镊器件是主要包括多芯光纤(1)，其中多芯光纤(1)带有侧向捕获区(2)；一方面，向多芯光纤(1)的功能纤芯(102)双向注入捕获光(3)，捕获光(3)在功能纤芯(102)中传输至侧向捕获区(2)后，在侧向捕获区(2)的第一界面(4)和第二界面(5)与样品液滴(6)分界面处发生折射，形成折射光束(7)，折射光束(7)在侧向捕获区(2)的内部汇聚，形成光学力势阱(8)，可以实现对处于样品液滴(6)中的微粒(9)的捕获及操纵，同时通过分别对捕获光(3)光功率比例的动态调节，实现对光学力势阱(8)的分布、微粒(9)的捕获位置和运动状态的动态调控，从而实现包括光捕获、光振动、光致旋转及其他光学操纵功能；另一方面，传感光(10)同时注入功能纤芯(102)和参考纤芯(103)中形成两路传输，由于侧向捕获区(2)捕获或操纵微粒(9)时会干扰光路，使两路传输形成光程差，最终进行输出形成马赫-曾德尔(m-z)干涉，通过收集和分析马赫-曾德尔(m-z)干涉信号实现对微粒(9)的捕获情况和运动状态的感测功能。
4、本专利技术基于光纤侧向的光镊器件的制备过程可分为以下三个步骤：
5、步骤1、多芯光纤(1)预制备：使用剥线钳剥除一段合适长度的涂覆层，漏出多芯光纤包层，利用切割刀将光纤端面切割平整；
6、步骤2、多芯光纤(1)微加工(此步骤可采用多种方式制备)：侧向捕获区为三角函数中三角形和阶跃函数中矩形曲线的，可利用磨锥和侧抛方式制备，将预处理好的多芯光纤固定在光纤磨锥或侧抛装置上，利用砂纸轮盘将光纤端面及其中一根纤芯磨至预期曲面，后续通过选择不同粗细的砂轮纸，控制打磨速度、调整打磨角度制作满足预期的输入光纤；
7、步骤3、多芯光纤(1)熔接(此步骤为磨锥方式的后续)：将制备好的输入光纤放入光纤熔接机的光纤夹具中待融，调整模式为手动模式，调整输入光纤的位置使输入光纤位置最大程度对称，并使熔接位置处于电极放电位置中央，按下放电按键，将光纤夹具中固定好的输入光纤熔接在一起。完成两侧输入光纤熔接步骤；
8、侧向捕获区为幂函数或其他曲线函数分布可利用二氧化碳激光或飞秒激光制备；
9、如图1所示折射光束在包层与外部媒介分界面处形成的夹角θ满足以下关系：
10、θγ<arcsin(n1/n2)#(1)
11、其中n1为外部媒介折射率，n2为多芯光纤包层折射率；当上述条件成立时，入射光束在侧向捕本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于光纤侧向的光镊器件，其特征是：基于光纤侧向的光镊器件主要包括多芯光纤(1)，其中，多芯光纤(1)带有侧向捕获区(2)；多芯光纤(1)由包层(101)、功能纤芯(102)和参考纤芯(103)组成；一方面，向多芯光纤(1)的功能纤芯(102)双向注入捕获光(3)，捕获光(3)在功能纤芯(102)中传输至侧向捕获区(2)后，在侧向捕获区(2)的第一界面(4)和第二界面(5)与样品液滴(6)分界面处发生折射，形成折射光束(7)，折射光束(7)在侧向捕获区(2)的内部汇聚，形成光学力势阱(8)，可以实现对处于样品液滴(6)中的微粒(9)的捕获及操纵，同时通过分别对捕获光(3)光功率比例的动态调节，实现对光学力势阱(8)的分布、微粒(9)的捕获位置和运动状态的动态调控，从而实现包括光捕获、光振动、光致旋转及其他光学操纵功能；另一方面，传感光(10)同时注入功能纤芯(102)和参考纤芯(103)中形成两路传输，由于侧向捕获区(2)捕获或操纵微粒(9)时会干扰光路，使两路传输形成光程差，最终进行输出形成马赫-曾德尔(M-Z)干涉，通过收集和分析马赫-曾德尔(M-Z)干涉信号实现对微粒(9
2.根据权利要求1所述的基于光纤侧向的光镊器件，其特征是：所述的多芯光纤(1)的纤芯形状呈三角形、矩形、环形、圆形、椭圆形、或其他多边形。
3.根据权利要求1所述的基于光纤侧向的光镊器件，其特征是：所述的多芯光纤(1)的纤芯空间分布呈曲线形、圆形、椭圆形、三角形、矩形或其他多边形。
4.根据权利要求1所述的基于光纤侧向的光镊器件，其特征是：所述的多芯光纤(1)是双芯光纤、三芯光纤、四芯光纤或其它多芯光纤。
5.根据权利要求1所述的基于光纤侧向的光镊器件，其特征是：所述的第一界面(4)的轮廓呈阶跃函数、三角函数、椭圆函数、幂函数或其他曲线函数分布。
6.根据权利要求1所述的基于光纤侧向的光镊器件，其特征是：所述的第二界面(5)的轮廓呈阶跃函数、三角函数、椭圆函数、幂函数或其他曲线函数分布。
...【技术特征摘要】
1.基于光纤侧向的光镊器件，其特征是：基于光纤侧向的光镊器件主要包括多芯光纤(1)，其中，多芯光纤(1)带有侧向捕获区(2)；多芯光纤(1)由包层(101)、功能纤芯(102)和参考纤芯(103)组成；一方面，向多芯光纤(1)的功能纤芯(102)双向注入捕获光(3)，捕获光(3)在功能纤芯(102)中传输至侧向捕获区(2)后，在侧向捕获区(2)的第一界面(4)和第二界面(5)与样品液滴(6)分界面处发生折射，形成折射光束(7)，折射光束(7)在侧向捕获区(2)的内部汇聚，形成光学力势阱(8)，可以实现对处于样品液滴(6)中的微粒(9)的捕获及操纵，同时通过分别对捕获光(3)光功率比例的动态调节，实现对光学力势阱(8)的分布、微粒(9)的捕获位置和运动状态的动态调控，从而实现包括光捕获、光振动、光致旋转及其他光学操纵功能；另一方面，传感光(10)同时注入功能纤芯(102)和参考纤芯(103)中形成两路传输，由于侧向捕获区(2)捕获或操纵微粒(9)时会干扰光路，使两路传输形成光程差，最...
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