[发明专利]集成于单根光纤的多光镊

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种光镊，具体地说是一种组合式纤维集成多光纤光镊。

(二)背景技术

光被认为是即具备粒子性又具备波动性的光子流，它既有质量也有动量。当物体与光辐射场之间发生相互作用时，会受到光辐射力。在空间中强度剧烈变化的光场，会将光辐射力转变成梯度力，把微粒稳定地捕获在光强的最大处，即光束的焦点位置。利用这个性质可以实现对微粒非接触式的精密操控，能够完成这种功能的装置被称为光镊。自1970年，美国贝尔实验室的Ashkin首次在实验中观察到了激光的辐射力，并成功地利用激光完成了微粒悬浮的实验(1970，Phys.Rev.Lett.，24：156-159)。之后，光镊技术得到了极大的发展，使其能够广泛应用于各种微小粒子的操作领域中，从小到纳米粒子，大到数百微米的粒子、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。

常规激光光镊的原理是将从激光器发出的激光束，经扩束器和光强调节器后进入倒置生物显微镜系统，被双向色分束器和高倍显微物镜汇聚后形成光焦点光阱，利用梯度场光阱的作用将样品中的微粒捕获于焦点附近。样品在显微镜照明光源的照射下，经显微物镜、双向色分束器、减光器、分束器和目镜后，可用于人眼观察样品。经双向色分束器透射后的光束，经普通分束器后部分被反射，并经透镜将样品成像于CCD实现实时控制。这种光镊系统基于光学显微镜系统，体积较大，结构固定，结构上乏灵活性，操作自由度较小，并且难于实现多光镊集成与操作。

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的要求。与常规光镊系统相比，光纤光镊具有结构简单、价格低廉、操作灵活的特点。2003年加拿大的R.S.Taylor等人(美国专利，Method and device for manipulatingmicroscopic quantities of materaial，US 6,941,033 B2，2005)利用腐蚀和镀膜的方法，制作了一种金属化中空光纤探针，巧妙地利用针尖的静电引力与光散射力达到平衡，捕获和操纵了浸没在水中的玻璃微粒，实现了粒子的三维捕获。这种结构的光纤光镊，加工过程中需要进行多次腐蚀，步骤复杂，加工时间长，成品率低；加工过程需要使用氢氟酸等有毒物质，对加工环境要求高。

2006年，陆思等人公开了一种基于光波导的光钳系统(中国发明专利，光波导光钳系统，专利号：200510093339.1，2006)，利用多根光纤将激光器发射的能量光供给特殊形状的二维和三维光波导，传输光通过波导端部的聚焦形成光势阱，实现用于粒子捕获、固定和移动。这种基于光束折射聚焦原理的光波导光钳，聚焦光束的交角无法进一步增大，限制了对粒子捕获力的增加；构成光镊的核心元件——多通道平面和立体光波导，加工与制备非常困难，价格昂贵；捕获点距离波导光钳较近，并且波导中的每个波导通路都需要与光纤进行单独的连接，几何尺寸无法进一步减小，限制了光钳在狭窄位置(如：深孔中)对微粒的操作。

2006年申请人提出了一种基于熔融拉锥方法的光纤光镊抛物线形状的单光纤光镊及其制作技术(抛物线形微结构单光纤光镊的熔拉制作方法，中国专利申请号：200610151087.8)。这种具有抛物线形状的光纤探针可以有效地实现粒子的三维捕获，优点是结构简单，对光源的传播模式无特殊要求；制作方法简便，对加工条件无特殊要求等。但进一步的研究表明，此种结构的单光纤光镊的捕获捕获力无法进一步增加，只能够实现较小尺度粒子的三维捕获，并且只能捕获单一粒子。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种多点捕获、体积小、结构简单、捕获特性优良的集成于单根光纤的多光镊。

本发明的目的是这样实现的：

它包括在一个公共包层中具有多个纤芯2的多芯光纤1，多芯光纤的一端通过研磨加工处理形成具有对称或非对称形状的多角楔形，其侧面3与光纤端面6组成大梯度光场转换区。

本发明可以包括这样一些特征：

1、所述的纤芯2的数量大于等于4。

2、所述的多芯光纤1，纤芯2中的传输模式的特征是：单模或者多模。

3、所述的多芯光纤1中纤芯2几何结构排列的特征是：圆心对称的线形分布结构、圆心对称的三角分布结构、圆心对称的四角分布结构、圆心对称的六角结构、S型分布结构或其它非圆心对称与非对称结构中的一种。