基于漸變折射率多模光纖的應(yīng)力可調(diào)光纖光操控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光纖技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于漸變折射率多模光纖的應(yīng)力可調(diào)光 纖光操控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 光操控方法自從1970年由美國科學(xué)家Ashkin及其同事首次提出（Physical review letters，24(4)，1560, 1970)以來，逐漸成為探索微觀世界的科學(xué)研究工具，使人們 在許多研究中從被動(dòng)觀察轉(zhuǎn)而主動(dòng)的操控。光操控方法技術(shù)的原理是通過一些裝置或技術(shù) 手段，如大數(shù)值孔徑透鏡、光纖拉錐等會(huì)聚激光光束形成光學(xué)勢阱，進(jìn)而對微納米級的微粒 進(jìn)行捕和操控。光操控方法對微粒是一種非機(jī)械接觸式無損傷的操控，因此在生命科學(xué)、生 化研究等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用于樣品的操控、分選與分析。傳統(tǒng)的光操控方法多為基于高數(shù)值 孔徑顯微物鏡的激光光操控方法，這種光操控方法體積龐大，造價(jià)較高，并且不易操作。
[0003] 光纖光操控方法大多使用熔融、拉伸或化學(xué)腐蝕的方法制作光纖錐，從而提高光 的會(huì)聚效果。通常是基于單模光纖制作，然而單模光纖的纖芯直徑小于l〇um，使得這些制 作而成的光纖光操控方法具有如下缺點(diǎn)：第一，較小的纖芯直徑將限制光纖尖端的微透鏡 半徑，使得聚焦距離較短，限制了捕獲距離；第二，微透鏡在尖端處需要制作成特殊形狀來 增加聚集能力進(jìn)而增加捕獲的梯度力，將使得錐尖的制作過程變得很復(fù)雜；第三，單模光纖 的錐尖尖端若有一些缺陷或表面較粗糙，容易導(dǎo)致束縛在纖芯中的光被散射。
[0004] 隨著光微流的引入，進(jìn)而提高了光操控的穩(wěn)定性并延長了操控距離。Gong Y.等 (Optofluidic tunable manipulation of microparticles by integrating graded-index fiber taper with a microcavity[J]. Optical Express, 2015, 23(3) :3762-3769)提出了 一種基于漸變多模光纖錐與微流通道結(jié)合的新型光操控方法，該光操控方法通過流體力與 光學(xué)力的平衡，實(shí)現(xiàn)了較大的操控范圍。這種光操控方法在漸變折射率多模光纖和單模光 纖間引入空氣腔，通過調(diào)節(jié)空氣腔長度實(shí)現(xiàn)近20微米的操控范圍。然而該光操控方法還存 在一些不足。首先，基于光纖錐的光纖光操控方法，其錐的制作以及錐形的特異性，增加了 裝置的復(fù)雜度和不可重復(fù)性。其次，依靠增加激光功率的方式增大操控距離和能耗，并存在 損傷樣品的危險(xiǎn)，限制了其在生物領(lǐng)域中的應(yīng)用。
[0005] 針對上述問題，本發(fā)明提出了基于漸變折射率多模光纖的應(yīng)力可調(diào)光纖光操控系 統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于：提供基于漸變折射率多模光纖的應(yīng)力可調(diào)光纖光操控系統(tǒng)， 通過對應(yīng)變調(diào)節(jié)部施加軸向應(yīng)力，進(jìn)而調(diào)節(jié)光纖光操控方法端面的位置，從而實(shí)現(xiàn)對捕獲 微粒進(jìn)行操控，操作簡單且操控范圍大，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中基于高數(shù)值孔徑顯微物鏡的 激光光操控方法體積龐大，造價(jià)高，不易操作等技術(shù)問題。
[0007] 本發(fā)明提供了一種基于漸變折射率多模光纖的光纖光操控裝置的制造方法，該制 作方法相對于現(xiàn)有技術(shù)中的基于光纖錐的光纖光操控方法，其光纖光錐制作工藝復(fù)雜，本 發(fā)明采用切割平整的端面，降低了制作的難度，可有效提高光纖光操控方法的可重復(fù)性，降 低損傷樣品的風(fēng)險(xiǎn)。
[0008] 本發(fā)明還提供了一種基于漸變折射率多模光纖的光纖光操控裝置的使用方法，操 作步驟簡單，便于操控。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：基于漸變折射率多模光纖 的應(yīng)力可調(diào)光纖光操控系統(tǒng)，包括單模光纖，漸變折射率多模光纖，微流通道，漸變折射率 多模光纖上設(shè)置有應(yīng)變調(diào)節(jié)部，應(yīng)變調(diào)節(jié)部之間設(shè)置有用于對應(yīng)變調(diào)節(jié)部進(jìn)行拉伸的第一 位移臺(tái)、第二位移臺(tái)，漸變折射率多模光纖一端與單模光纖熔接，另一端位于微流通道內(nèi)。
[0010] 進(jìn)一步地，為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述漸變折射率多模光纖的兩端均為切割平 整的端面。
[0011] 進(jìn)一步地，為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，應(yīng)變調(diào)節(jié)部為在漸變折射率多模光纖上選取 的任一段，且應(yīng)變調(diào)節(jié)部在原自由長度的基礎(chǔ)上可拉伸的長度范圍為〇~700um。其中應(yīng)變 調(diào)節(jié)部原自由長度為不小于50. 0cm，即應(yīng)變調(diào)節(jié)部最低選取長度為50. 0cm，可拉伸的最大 長度為700um，該拉伸長度可實(shí)現(xiàn)多模光纖傳輸路徑周期性的調(diào)控，同時(shí)在該拉伸長度范圍 內(nèi)，防止多模光纖發(fā)生非彈性形變。
[0012] 進(jìn)一步地，為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述微流通道的截面尺寸為300umX300um，長 度為2cm。
[0013] 進(jìn)一步地，為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述漸變折射率多模光纖的纖芯直徑大于單 模光纖的纖芯直徑。
[0014] 本發(fā)明還提供了一種基于漸變折射率多模光纖的光纖光操控裝置的制造方法，具 體包括以下步驟： 步驟1):將漸變折射率光纖光操控方法的兩端面切割平整； 步驟2):將漸變折射率多模光纖的一個(gè)端面與單模光纖熔接； 步驟3):在漸變折射率多模光纖上選取一部分，將選取的一部分進(jìn)行拉伸，得到應(yīng)變調(diào) 節(jié)部，應(yīng)變調(diào)節(jié)部的兩端分別固定在第一位移臺(tái)、第二位移臺(tái)上； 步驟4):調(diào)節(jié)第一位移臺(tái)，使?jié)u變折射率多模光纖的另一端面穿入微流通道內(nèi)。
[0015] 進(jìn)一步地，為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述制作基于漸變多模光纖的應(yīng)力可調(diào)諧光 纖光操控方法步驟3)通過調(diào)節(jié)第一位移臺(tái)、第二位移臺(tái)控制應(yīng)變調(diào)節(jié)部在原自由長度的基 礎(chǔ)上可拉伸的長度范圍為0~700um。
[0016] 本發(fā)明還提供了基于漸變折射率多模光纖的應(yīng)力可調(diào)光纖光操控系統(tǒng)的制作方 法，具體包括以下步驟： 步驟a、調(diào)節(jié)第一位移臺(tái)，使光場出射的漸變折射率多模光纖置于微流通道內(nèi)所需的操 控位置，并固定； 步驟b、將一束激光耦合進(jìn)單模光纖，經(jīng)過漸變折射率多模光纖，輸出光場，形成光操控 方法； 步驟c、通過進(jìn)樣栗，將樣品溶液以恒定流速注入微流通道（6)內(nèi)，微流通道提供恒定 的流體力與輸出光場提供的光學(xué)力平衡，將樣品微粒捕獲在固定位置光操控方法； 步驟d、、固定第一位移臺(tái)（3)，調(diào)節(jié)第二位移臺(tái)（4)，使應(yīng)變調(diào)節(jié)部（5)受到軸向應(yīng)力， 調(diào)節(jié)光在應(yīng)變調(diào)節(jié)部（5)中的傳輸特性，從而調(diào)節(jié)光纖光操控方法的操控距離。
[0017] 本發(fā)明中光纖光操控方法的操控距離是周期性變化的，其變化周期與光在漸變折 射率多模光纖中傳輸?shù)臅?huì)聚發(fā)散周期匹配。即光在漸變折射率多模光纖中傳輸路徑具有周 期性，在保證漸變折射率多模光纖的完整性前提下，對應(yīng)變調(diào)節(jié)部進(jìn)行拉伸，改變應(yīng)變調(diào)節(jié) 部的長度，則光在漸變折射率多模光纖中傳輸長度和出射光場變化，進(jìn)而樣品微粒的操控 距離發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)對微流通道內(nèi)樣品微粒的操控距離可調(diào)節(jié)。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的具有以下有益效果： (1)本發(fā)明中利用漸變折射率多模光纖的自聚焦效應(yīng)增加光場的會(huì)聚效果，采用切割 平整的光纖光操控方法端面形成光操控方法，降低了光纖光操控方法的制作程序，提高操 作的可重復(fù)性。
[0019] (2)本發(fā)明光纖光操控方法中在漸變折射率多模光纖中選取一部分作為應(yīng)變調(diào)節(jié) 部，應(yīng)變調(diào)節(jié)部的兩端設(shè)置第一位移臺(tái)，第二位移臺(tái)，通過調(diào)節(jié)第一位移臺(tái)，第二位移臺(tái)對 應(yīng)變調(diào)節(jié)部施加軸向應(yīng)力，可改變光在漸變折射率多模光纖中的傳輸特性，從而調(diào)節(jié)光纖 光操控方法端面出射