[发明专利]基于环形芯同轴螺旋波导光纤的粒子光操纵器件

摘要

本发明是一种基于环形芯同轴螺旋波导光纤的粒子光操纵器件。其特征是：所述器件由一段环形芯同轴螺旋波导光纤1组成，并且光纤的纤端经过研磨形成纤端圆锥台2；该环形芯同轴螺旋波导光纤1包含包层3、环形纤芯4和一个由多个螺旋波导5组成的中央纤芯6。一方面，该器件可以通过环形芯同轴螺旋波导光纤1纤端出射强聚焦环形光场10，在纤端外的聚焦点附近实现对粒子11的稳定三维俘获，实现对粒子11的定位和定轴功能；另一方面，也可以通过控制螺旋纤芯出射的相位涡旋光束14的能量大小来实现粒子11的定轴旋转15和旋转弹射16。本发明可用于光信息传输、光学微操纵、显微成像、药物颗粒等微小粒子的光操纵以及光纤集成器件应用等领域。

主权项

1.基于环形芯同轴螺旋波导光纤的粒子光操纵器件。其特征是：所述器件主要由一段环形芯同轴螺旋波导光纤1组成，并且光纤的纤端经过研磨形成纤端圆锥台2；该环形芯同轴螺旋波导光纤1包含包层3、环形纤芯4和一个由多个螺旋波导5组成的中央纤芯6。一方面，当向环形芯同轴螺旋波导光纤1输入环形光7后，在环形纤芯4中会激发产生环形芯导模8，再经过纤端圆锥台2(包层与外界媒质的分界面处)时发生全内反射，反射光波9在纤端包层内衍射传输到达纤端端面，然后在纤端发生折射形成强聚焦环形光场10，从而在纤端外的聚焦点附近实现对微小粒子11的稳定三维俘获，实现对微小粒子11的定位和定轴功能；另一方面，当向中央纤芯6输入高斯光场12后，由于中央纤芯6的周期性螺旋结构，使得在中央纤芯6中传输的低阶线偏振模式可转化为高阶的相位涡旋模式13，在光纤端出射相位涡旋光束14，然后作用于被强聚焦环形光场10捕获的微小粒子11；由于相位涡旋光束14携带有轨道角动量，所以可以提供给微小粒子11旋转力矩；而相位涡旋光束14的光辐射压力还可提供粒子11向前运动的推力，但是当相位涡旋光束能量较小时，该推力无法抵消掉粒子11受到的光俘获力，因而被稳定地捕获在强聚焦环形光场10的焦点附近，在聚焦环形光场提供的俘获力和相位涡旋光束提供的扭转力和推进力的共同作用下实现粒子定轴旋转15；当相位涡旋光束14能量较大时，微小粒子11在相位涡旋光束14提供的扭转力和辐射压力的共同作用下，直接摆脱强聚焦环形光场10光俘获力的束缚，实现粒子的旋转弹射16。