[实用新型]一种光纤端面具有螺旋波带片的单光纤涡旋光镊

说明书

本实用新型提供的一种光纤端面具有螺旋波带片的单光纤涡旋光镊，单模光纤的一端与渐变折射率多模光纤直接熔接；渐变折射率多模光纤的光纤端面具有遮光膜层形成的螺旋波带片，螺旋波带片在光纤端面形成透光的亮波带以及不透光的暗波带。渐变折射率多模光纤可实现更大的扩束效果，螺旋波带片使得光纤端面出射光经过螺旋波带片后，在光纤端面后实现涡旋聚焦；螺旋波带片实现对光束的聚焦，并且使光束携带轨道角动量，在光纤后端形成聚焦涡旋光场作为光阱；单光纤涡旋光镊在折射率变化的环境中其主级衍射焦点始终只有一个，有利于在不同折射率环境中光纤探针对微粒的捕获和操控。

技术领域

本实用新型涉及光镊技术领域，尤其涉及一种光纤端面具有螺旋波带片的单光纤涡旋光镊。

背景技术

光镊的结构一般有传统透镜组光镊，平端面型光纤光镊，以及锥型(半球型)自透镜端面光纤光镊。

传统透镜组光镊，激光束经扩束器和光强调节器后进入显微镜系统，然后被高倍显微物镜汇聚形成光阱，光阱通过梯度场控制微小粒子的空间分布。这种空间光构建的传统光镊光路复杂，整体系统笨重，难以控制微粒自由移动。同时传统光镊往往要通过高数值孔径的显微物镜在显微镜系统中实现微粒的捕获，整体光路需要大量的光学器件，造价昂贵。

平端面型光纤光镊，多根单模光纤以一定夹角分布，光纤出射光束在光纤端面前汇聚形成光阱。这种多光纤光镊系统对光纤的空间位置以及功率匹配要求极高，虽然有学者将光纤的位置固定后组成模块化光纤光镊系统，在一定程度上提高了多光纤光镊的稳定性，但这种光镊在操作空间上受到很大的限制。

锥型(半球型)自透镜端面光纤光镊，有通过热熔拉法制作光纤光镊，也有通过物理研磨法来制作光纤光镊。

通过热熔拉法制作的光纤光镊，首先利用高温使光纤的玻璃材料达到熔融状态，再通过光纤两端大小可控的拉力反向拉制，使得光纤中间的几何尺寸减小直到分离，从而在光纤端面形成锥面结构。光纤端面被拉制后尺寸很小，具有锥面结构的光纤探针对光纤中的光进行汇聚形成尺寸小光强梯度大的光阱。通过热熔拉法制作的光纤光镊表面均匀光滑对称性好，但是在拉制过程时，光纤端面尺寸越小拉锥区越长。在形成光镊时，拉锥区过长，锥角小且不易控制。在光纤探针捕获微粒时，拉锥区过长将导致光纤锥端的传输功率相对于光纤输入功率损耗过大以及光纤探针极易受损。

通过物理研磨法制作的光纤光镊，利用精密仪器对光纤表面进行切割，打磨以及抛光等工艺处理，光纤端面的几何结构将光纤中的光汇聚形成光阱。通过物理研磨法制作的光纤光镊几何形态的一致性比较高，但是制作成本也较高，制备效率极低，不同的几何形态设计对制作要求也千差万别。

现有的光镊系统光路复杂，笨重，造价昂贵，捕获操控微粒的空间有限。现有的光纤光镊加工技术往往存在精度不高，参数难以控制，还原度不高，效率低，这使得光纤光镊在实际应用上受到阻碍。多光纤光镊对光纤的位置分布和光纤出射功率要求严格，捕获微粒难度大且操作空间有限。单光纤光镊目前已经实现单个微粒三维稳定的捕获操控，但是单光纤光镊还不能实现在三维捕获操控的过程中使微粒旋转起来的四维超控，这使得光纤光镊还无法完全满足生物医学研究领域蓬勃发展的新需求。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型提供了一种光纤端面具有螺旋波带片的单光纤涡旋光镊。

本申请提供的一种光纤端面具有螺旋波带片的单光纤涡旋光镊，其特征在于，包括单模光纤、渐变折射率多模光纤，所述单模光纤的一端与渐变折射率多模光纤直接熔接；所述渐变折射率多模光纤的光纤端面具有遮光膜层形成的螺旋波带片，所述螺旋波带片在光纤端面形成透光的亮波带以及不透光的暗波带。

进一步优选的，所述渐变折射率多模光纤的长度为(2n+1)/4pitch，其中，pitch为渐变折射率多模光纤的纤芯中传输的光走完一个周期所对应的光纤长度，n为自然数。

进一步优选的，所述遮光膜层为金膜，银膜，或者铜膜。