[发明专利]基于空气缺陷微腔的单光纤光镊

权利要求书

1.基于空气缺陷微腔的单光纤光镊，其特征是：基于空气缺陷微腔的单光纤光镊器件由可调谐激光器(1)、带有空气缺陷微腔(2)的单芯光纤(3)及其锥形纤端(4)组成，其中，单芯光纤(3)包含纤芯(301)和包层(302)；可调谐激光器(1)的输出激光注入到单芯光纤(3)后形成传导模场(5)，由于空气缺陷微腔(2)的折射率低于周围包层(302)的折射率，因此空气缺陷微腔(2)等效于散射透镜，传导模场(5)会被空气缺陷微腔(2)调制并形成在包层(302)中传输的多级发散光束(6)；在满足全内反射的条件下，多级发散光束(6)会被锥形纤端(4)全内反射后形成强汇聚光束(7)，同时形成沿着锥形纤端(4)表面传输的倏逝场(8)；强汇聚光束(7)从锥形纤端端面(9)出射后形成出射光场(10)，最后，出射光场(10)会在光轴上汇聚后形成多个汇聚点(11)；一方面，锥形纤端(4)周围的多个微纳粒子(12)会被倏逝场(8)捕获，并在倏逝场(8)作用下沿着锥形纤端(4)的表面移动，实现对多个微纳粒子(12)的输运功能；另一方面，多个微纳粒子(12)被倏逝场(8)持续地输运到锥形纤端端面(9)，然后被出射光场(10)捕获在汇聚点(11)附近，实现对多个微纳粒子(12)的光捕获功能，此外，通过可调谐激光器(1)对光波长的调节，实现对多级发散光束(6)的改变和汇聚点(11)位置和数量的调节，最终实现对多个微纳粒子(12)捕获位置或运动状态的动态调控，实现光捕获、振动、拉伸功能。

2.根据权利要求1所述的基于空气缺陷微腔的单光纤光镊，其特征是，所述的基于空气缺陷微腔的单光纤光镊制备步骤如下：(1)单芯光纤预处理：利用熔接机加热熔融预先处理平整的单芯光纤纤端，使其自然形成圆弧状的端面；(2)热熔焊接：无需取出光纤，在上一步的基础上复位熔接机，选择“手动熔接”模式，调整两侧单芯光纤的位置，使两侧光纤的圆弧状端面接触并产生应力，按下放电按键，即可制成含有空气缺陷微腔的单根光纤，在圆弧状纤端接触面处加入折射率匹配溶液会有助于空气缺陷微腔的形成；(3)锥形纤端采用圆锥台纤端结构：用光纤夹具固定住单芯光纤，然后把纤端放置于研磨盘上，光纤夹具与光纤研磨盘都能绕各自的中轴自转，通过控制光纤与研磨盘盘面法线的夹角来制备具有不同张开角的圆锥台纤端；或者，纤端采用抛物线形纤端：利用热熔拉锥的方法，将单芯光纤固定在光纤夹具上，使放电电极位于预定熔断位置之上，在电极放电熔融的同时由电机牵动其中一侧的光纤，未施加拉力的另一侧光纤纤端将会被制成抛物线形纤端。

3.根据权利要求1所述的基于空气缺陷微腔的单光纤光镊，其特征是：所述的单芯光纤的纤芯轮廓分布是圆形、椭圆形、环形、三角形、矩形和其他多边形的一种。

4.根据权利要求1所述的基于空气缺陷微腔的单光纤光镊，其特征是：所述的单芯光纤替换为环形、三角形、矩形或其他多边形分布的阵列多芯光纤。

5.根据权利要求1所述的基于空气缺陷微腔的单光纤光镊，其特征是：所述的单芯光纤为单模光纤、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中的一种。