[发明专利]一种牵引光束产生装置及产生方法

说明书

本发明提供一种牵引光束产生装置及产生方法，包括单芯光纤、环形芯光纤和环形芯贝塞尔光纤；所述单芯光纤、环形芯光纤和环形芯贝塞尔光纤依次连接，所述单芯光纤和环形芯光纤连接点为耦合锥区，所述环形芯贝塞尔光纤由包层以及多个同心圆环形波导芯构成，所述环形芯光纤纤芯与环形芯贝塞尔光纤最内侧环形波导芯连接，所述环形芯贝塞尔光纤的端面为圆锥台结构。相比于传统空间光学构造光束的方法，本发明提供了一种用于微观环境的牵引光束的可行性方案，这种方法兼具了光纤的灵活性、微型化和牵引光束的优点，在生物、化学和微加工领域具有很好的应用前景，本发明采用的器件价格低廉，制备方法简单。

技术领域

本发明涉及一种光束产生装置及产生方法，尤其涉及一种新型牵引光束产生装置及产生方法，属于特种光束研究领域。

背景技术

能实现光学牵引效果的光束称为光学牵引光束，牵引光束是一种反物理直觉的光学现象，改变了在此之前研究者们通常认为的无衍射光束对物体必定施加推力的基本认识，光学牵引力这种反常的现象必定隐含着某些特殊的光与物质相互作用的新规律，因此在光的本性以及光与物质相互作用的基础研究中有重要的意义，同时牵引光束可以实现对物体的长距离操控和输运，基于牵引光束的光学分离技术，被认为是在生物医药方面最有前景的光学手段。

2011年，复旦大学的Jun Chen和香港科技大学的C.T.Chan小组提出了光牵引力的概念(Nature photonics,2011,5(9):531-534)，在Chen等人的工作中，利用非衍射的贝塞尔光束照射一小球，入射光会激发微粒的多极矩，通过多极干涉增大了在光束传播方向上的散射光，当散射光动量大于入射光动量时，微粒将得到负动量，从而逆着光束传播方向运动。 2013年Brzobohaty等人(Nature Photonics,2013,7(2):123-127)采用双光束干涉的方法实现了光学牵引力，利用双光束干涉增强了粒子的前向散射，从而使物体获得一个光学拉力，实现了不同粒子分离的效果。

目前牵引光束的研究，大多基于空间光路，需要采用空间光调制器等昂贵而大型的空间光学设备，通过各种空间光学元件实现光场的构建和变化，存在光路复杂、光学系统庞大等问题，并且很难实现探针式应用。

发明内容

本发明的目的是为了产生一种在光传播方向上具有无衍射、无梯度特性的牵引光束产生装置及产生方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种牵引光束产生装置，包括单芯光纤、环形芯光纤和环形芯贝塞尔光纤；所述单芯光纤、环形芯光纤和环形芯贝塞尔光纤依次连接，所述单芯光纤和环形芯光纤连接点为耦合锥区，所述环形芯贝塞尔光纤由包层以及多个同心圆环形波导芯构成，所述环形芯光纤纤芯与环形芯贝塞尔光纤最内侧环形波导芯连接，所述环形芯贝塞尔光纤的端面为圆锥台结构。

本发明还包括这样一些特征：

1.所述环形波导芯的空间排布满足贝塞尔-高斯函数；

2.所述环形芯光纤纤芯厚度和折射率与环形芯贝塞尔光纤最内侧环形波导芯一致；

3.所述环形芯光纤纤芯关于光纤主轴对称，并处于同一内外包层中；

4.所述的单芯光纤为单模光纤或多模光纤，光纤纤芯位于光纤轴心。

一种牵引光束产生方法：

光源注入单芯光纤中的光通过耦合锥区在环形芯光纤中形成环形光束，

环形光束注入到环形芯贝塞尔光纤传输一段距离后稳定形成类高阶贝塞尔光束，

经过环形芯贝塞尔光纤的圆锥台端面后对类高阶贝塞尔光场进行组合重构，产生牵引光束。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：