一種基于雙芯光纖的液滴懸掛式焦點可調(diào)光鑷的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種基于雙芯光纖的液滴懸掛式焦點可調(diào)光鑷。雙芯光纖上開有小孔，毛細管套在雙芯光纖的小孔和點膠針管針頭的外部，毛細管的兩端密封，注射器與點膠針管相連，注射器經(jīng)點膠針管向毛細管內(nèi)注滿液體，液體通過小孔進入雙芯光纖的空氣孔，在雙芯光纖端面處形成液滴半球，光纖光源發(fā)出的光經(jīng)單模尾纖傳輸入射到雙芯光纖的兩個纖芯，經(jīng)過液滴半球的折射，最終匯聚于液滴前方形成光阱力捕獲點實現(xiàn)對微粒捕獲，通過改變注射器的壓力控制液滴半球弧度變化，改變捕獲點位置，實現(xiàn)對微粒捕獲位置的調(diào)節(jié)。本發(fā)明可精密地實現(xiàn)對捕獲粒子的前后位置調(diào)節(jié)，在光纖探針不移動的情況下可以實現(xiàn)粒子的位置移動，在生物醫(yī)學領(lǐng)域具有較廣闊的應(yīng)用價值。
【專利說明】
一種基于雙芯光纖的液滴懸掛式焦點可調(diào)光鑷
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及的是一種光纖光鑷，具體地說是一種能夠穩(wěn)定且微調(diào)捕獲焦點位置的基于雙芯光纖的液滴懸掛式焦點可調(diào)光鑷。
【背景技術(shù)】
[0002]光鑷是一種對微觀世界進行探究的重要工具，特別是對微小粒子研究領(lǐng)域，微小粒子由于其較難控制性的特點在抓取和控制上有很大的技術(shù)難度，光鑷的出現(xiàn)很好地解決了這一問題。光鑷技術(shù)是利用在光纖端面所匯聚的光束形成的光學勢阱，對尺度在納米或者微米量級的微小粒子進行非入侵式的捕獲和操控。由于生物微粒或細胞對光具有良好的穿透性，利用光鑷對微?；蚣毎M行操控不會對其產(chǎn)生機械式的破壞與傷害，因此光鑷特別適合對生物粒子進行操控。光鑷還可以應(yīng)用于測量微觀粒子所產(chǎn)生的位移。重要的是光纖光鑷技術(shù)憑借體積小、造價低、使用方便、靈活等優(yōu)勢得到飛速發(fā)展，且光鑷技術(shù)多應(yīng)用于流體力學，生物醫(yī)學，生物化學生物物理學等需要微小粒子進行獨立研究的領(lǐng)域。
[0003]哈爾濱工程大學劉志海[OpticsLetters,38(14):2617-2620,213等人提出了一種基于模式復(fù)用技術(shù)的單光纖光鑷，該光纖光鑷可實現(xiàn)微小粒子捕獲功能的同時還能使其在光纖主軸方向進行微小的可控移動，其機理是利用模式復(fù)用來改變焦點的位置，由于對光場模式的調(diào)制難以準確控制，而且通過切換模式實現(xiàn)的捕獲點改變距離較小，因而對粒子的移動操作仍然比較困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種體積小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、焦點可調(diào)節(jié)，且動態(tài)范圍大的基于雙芯光纖的液滴懸掛式焦點可調(diào)光鑷。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0006]包括光纖光源1、雙芯光纖2、毛細管3、點膠針管4、注射器5，雙芯光纖2上開有小孔2-1，毛細管3套在雙芯光纖的小孔2-1和點膠針管4針頭的外部，毛細管3的兩端密封，注射器5與點膠針管4相連，注射器5經(jīng)點膠針管4向毛細管3內(nèi)注滿液體，液體通過小孔2-1進入雙芯光纖的空氣孔2-3，在雙芯光纖2端面處形成液滴半球2-2，光纖光源I發(fā)出的光經(jīng)單模尾纖傳輸入射到雙芯光纖2的兩個纖芯，經(jīng)過液滴半球2-2的折射，最終匯聚于液滴前方形成光阱力捕獲點實現(xiàn)對微粒捕獲，通過改變注射器5的壓力控制液滴半球2-2弧度變化，改變捕獲點位置，實現(xiàn)對微粒捕獲位置的調(diào)節(jié)。
[0007]本發(fā)明還可以包括:
[0008]1、所述的光纖光源I光源是中心波長為980nm的激光光源。
[0009]2、所述的一種雙芯光纖2的參數(shù)是:光纖外徑125μπι，兩纖芯間距ΙΙΟμπι，空氣孔直徑IΟΟμπι，兩纖芯的折射率I.467。
[0010]3、所述的毛細管3為玻璃毛細管，其參數(shù)是:外徑2.0mm，厚度0.45_。
[0011 ] 4、所述的液滴半球2-2為的組成液體為大折射率的油性液體，選擇為橄欖油。
[0012]本發(fā)明提出的基于雙芯光纖的液滴懸掛焦點可調(diào)光鑷可以通過改變液滴的形狀及大小來調(diào)節(jié)焦點位置，易于操作，拓寬了焦點可調(diào)節(jié)的范圍，可以實現(xiàn)大范圍的焦點可調(diào)光鑷，而且具有低成本，制作方法簡單的優(yōu)勢。
[0013]本發(fā)明的基于雙芯光纖的液滴懸掛式焦點可調(diào)光鑷，不僅具備一般光纖光鑷體積小、價格低廉的特點，而且可以通過控制雙芯光纖端面的液滴形狀來調(diào)節(jié)光束聚焦位置，從而實現(xiàn)對粒子的捕獲與移動控制。本發(fā)明的焦點可調(diào)光鑷易于控制，能夠?qū)崿F(xiàn)較大范圍的粒子移動，完善了光纖光鑷的操控功能，為光纖光鑷的實用化提供了新的可能性。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:
[0015]本發(fā)明創(chuàng)新性地將雙芯光纖與可調(diào)諧形狀的液滴相結(jié)合，作為光鑷的捕獲探針，通過改變液滴表面弧度的形式可以實現(xiàn)對捕獲粒子的前后位置的精密調(diào)節(jié)，在光纖探針不移動的情況下可以實現(xiàn)粒子的位置移動，為粒子的微控制提供了新的思路，進一步完善了光纖光鑷的功能，在生物醫(yī)學領(lǐng)域具有較廣闊的應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2a至圖2b為雙芯光纖液滴懸掛式焦點可調(diào)光鑷的捕獲粒子原理示圖。
[0018]圖3雙芯光纖端面不意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明進行更為詳細的論述:
[0020]本發(fā)明實施方式的目的在于提供一種體積小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、焦點可調(diào)節(jié)，且動態(tài)范圍大的一種基于雙芯光纖的液滴懸掛式焦點可調(diào)的光纖光鑷。其結(jié)構(gòu)簡單易行，不僅具有體積小、成本低、成品率高的特點，且由于其焦點可控的特點，特別適合需要細微調(diào)節(jié)粒子捕獲點時的特殊環(huán)境。
[0021]結(jié)合圖1，本發(fā)明的基于雙芯光纖的液滴懸掛式焦點可調(diào)光鑷的構(gòu)成包括光纖光源1、雙芯光纖2、小孔2-1、液滴半球2-2、雙芯光纖空氣孔2-3、毛細管3、點膠針管4、注射器
5、環(huán)氧樹脂膠6，毛細管3套在雙芯光纖小孔2-1與點膠針管4針頭的外側(cè)，用環(huán)氧樹脂膠6將毛細管3兩端進行密封，使其形成密閉空間，用注射器5向毛細管3內(nèi)注滿液體，繼續(xù)加壓，液體通過小孔2-1進入雙芯光纖空氣孔2-3內(nèi)，在雙芯光纖2端面處形成一定弧度的液滴半球2-2，通過改變注射器5的壓力，實現(xiàn)對液滴半球2-2弧度的控制，光纖光源I發(fā)出的光經(jīng)其單模尾纖傳輸，入射到雙芯光纖2的兩個纖芯，經(jīng)過液滴半球2-2的折射，最終匯聚于液滴前方某點處，形成光阱力捕獲點，液滴半球2-2弧度變化，則捕獲點位置相應(yīng)改變，實現(xiàn)對微粒捕獲位置的調(diào)節(jié)。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)選方案包括:
[0023]光纖光源I光源選擇中心波長為980nm的激光光源。
[0024]雙芯光纖2的參數(shù)是:光纖外徑125μπι，兩纖芯間距ΙΙΟμπι，空氣孔直徑ΙΟΟμπι，兩纖芯的折射率1.467。
[0025]毛細管3選擇玻璃毛細管，其參數(shù)可以是:外徑2.0mm，厚度0.45_。
[0026]點膠針管4的直徑可以是0.7mm。
[0027]注射器5是容量為5ml的注射器。
[0028]液滴半球2-2的組成液體為折射率較大的油性液體，選擇為橄欖油等。
[0029]本發(fā)明是通過如下方法制備的:
[0030]1、取一段雙芯光纖2，長度大約為lm，在雙芯光纖2的兩端剝除光纖的涂覆層大約20mm?30mm，使用無紡布蘸取酒精和乙醚的混合液，反復(fù)擦拭光纖包層，直至完全清潔后備用；
[0031]2、用光纖切割刀將清潔后的雙芯光纖2的兩端進行切割平整；
[0032]3、用⑶2激光器將雙芯光纖2側(cè)面打小孔2-1，小孔2-1直徑約為40μπι，孔的位置需避開纖芯，位于雙芯光纖2的兩個纖芯之間。
[0033]4、將點膠針管4和注射器5連接在一起，用環(huán)氧樹脂膠6進行密閉封裝，并在注射器5中抽放一定量的橄欖油。
[0034]5、將帶小孔2-1的一段雙芯光纖2和點膠針管4裝在毛細管3中，并將毛細管3的兩端用環(huán)氧樹脂膠6封裝。
[0035]6、通過注射器5經(jīng)過點膠針管4向毛細管3中注射橄欖油，油性液體通過雙芯光纖2所開的小孔2-1和雙芯光纖空氣孔2-3到達雙芯光纖2端面，形成液滴半球2-2。
[0036]7、將雙芯光纖2光鑷探頭部分放置于水中，并將需要捕獲的粒子置于水環(huán)境中。
[0037]8、將光纖光源I打開，可以發(fā)現(xiàn)在雙芯光纖2的光束出射端即懸掛液滴半球2-2端，處于光束的焦點處的粒子被捕獲。
[0038]9、改變注射器5的壓強大小，進而改變液滴半球2-2的大小和形狀，即可發(fā)現(xiàn)粒子被推向新的光阱力捕獲點，從而形成基于雙芯光纖2的懸掛式焦點可調(diào)光鑷。
【主權(quán)項】
1.一種基于雙芯光纖的液滴懸掛式焦點可調(diào)光鑷，包括光纖光源[I]、雙芯光纖[2]、毛細管[3]、點膠針管[4]、注射器[5]，其特征是:雙芯光纖[2]上開有小孔[2-1]，毛細管[3]套在雙芯光纖的小孔[2-1]和點膠針管[4]針頭的外部，毛細管[3]的兩端密封，注射器[5]與點膠針管[4]相連，注射器[5]經(jīng)點膠針管[4]向毛細管[3]內(nèi)注滿液體，液體通過小孔[2-1]進入雙芯光纖的空氣孔[2-3]，在雙芯光纖[2]端面處形成液滴半球[2-2]，光纖光源[I]發(fā)出的光經(jīng)單模尾纖傳輸入射到雙芯光纖[2]的兩個纖芯，經(jīng)過液滴半球[2-2]的折射，最終匯聚于液滴前方形成光阱力捕獲點實現(xiàn)對微粒捕獲，通過改變注射器[5]的壓力控制液滴半球[2-2 ]弧度變化，改變捕獲點位置，實現(xiàn)對微粒捕獲位置的調(diào)節(jié)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙芯光纖的液滴懸掛式焦點可調(diào)光鑷，其特征是:所述的光纖光源[I]光源是中心波長為980nm的激光光源。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于雙芯光纖的液滴懸掛式焦點可調(diào)光鑷，其特征是所述的一種雙芯光纖[2]的參數(shù)是:光纖外徑125μπι，兩纖芯間距ΙΙΟμπι，空氣孔直徑ΙΟΟμπι，兩纖芯的折射率1.467。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于雙芯光纖的液滴懸掛式焦點可調(diào)光鑷，其特征是:所述的毛細管[3 ]為玻璃毛細管，其參數(shù)是:外徑2.0mm，厚度0.45_。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于雙芯光纖的液滴懸掛式焦點可調(diào)光鑷，其特征是:所述的毛細管[3 ]為玻璃毛細管，其參數(shù)是:外徑2.0mm，厚度0.45mm。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于雙芯光纖的液滴懸掛式焦點可調(diào)光鑷，其特征是:所述的液滴半球[2-2 ]的組成液體為橄欖油。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于雙芯光纖的液滴懸掛式焦點可調(diào)光鑷，其特征是:所述的液滴半球[2-2 ]的組成液體為橄欖油。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于雙芯光纖的液滴懸掛式焦點可調(diào)光鑷，其特征是:所述的液滴半球[2-2 ]的組成液體為橄欖油。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于雙芯光纖的液滴懸掛式焦點可調(diào)光鑷，其特征是:所述的液滴半球[2-2 ]的組成液體為橄欖油。
【文檔編號】G02B6/02GK105891943SQ201610352473
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】劉志海, 王雨杉, 魏勇, 張羽, 張亞勛, 趙恩銘, 苑立波
【申請人】哈爾濱工程大學