基于渐变折射率多模光纤的应力可调光纤光操控系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光纤技术领域，特别涉及基于渐变折射率多模光纤的应力可调光 纤光操控系统。
【背景技术】
[0002] 光操控方法自从1970年由美国科学家Ashkin及其同事首次提出（Physical review letters，24(4)，1560, 1970)以来，逐渐成为探索微观世界的科学研究工具，使人们 在许多研究中从被动观察转而主动的操控。光操控方法技术的原理是通过一些装置或技术 手段，如大数值孔径透镜、光纤拉锥等会聚激光光束形成光学势阱，进而对微纳米级的微粒 进行捕和操控。光操控方法对微粒是一种非机械接触式无损伤的操控，因此在生命科学、生 化研究等领域被广泛应用于样品的操控、分选与分析。传统的光操控方法多为基于高数值 孔径显微物镜的激光光操控方法，这种光操控方法体积庞大，造价较高，并且不易操作。
[0003] 光纤光操控方法大多使用熔融、拉伸或化学腐蚀的方法制作光纤锥，从而提高光 的会聚效果。通常是基于单模光纤制作，然而单模光纤的纤芯直径小于l〇um，使得这些制 作而成的光纤光操控方法具有如下缺点：第一，较小的纤芯直径将限制光纤尖端的微透镜 半径，使得聚焦距离较短，限制了捕获距离；第二，微透镜在尖端处需要制作成特殊形状来 增加聚集能力进而增加捕获的梯度力，将使得锥尖的制作过程变得很复杂；第三，单模光纤 的锥尖尖端若有一些缺陷或表面较粗糙，容易导致束缚在纤芯中的光被散射。
[0004] 随着光微流的引入，进而提高了光操控的稳定性并延长了操控距离。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 一种基于渐变多模光纤锥与微流通道结合的新型光操控方法，该光操控方法通过流体力与 光学力的平衡，实现了较大的操控范围。这种光操控方法在渐变折射率多模光纤和单模光 纤间引入空气腔，通过调节空气腔长度实现近20微米的操控范围。然而该光操控方法还存 在一些不足。首先，基于光纤锥的光纤光操控方法，其锥的制作以及锥形的特异性，增加了 装置的复杂度和不可重复性。其次，依靠增加激光功率的方式增大操控距离和能耗，并存在 损伤样品的危险，限制了其在生物领域中的应用。
[0005] 针对上述问题，本发明提出了基于渐变折射率多模光纤的应力可调光纤光操控系 统。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于：提供基于渐变折射率多模光纤的应力可调光纤光操控系统， 通过对应变调节部施加轴向应力，进而调节光纤光操控方法端面的位置，从而实现对捕获 微粒进行操控，操作简单且操控范围大，从而解决现有技术中基于高数值孔径显微物镜的 激光光操控方法体积庞大，造价高，不易操作等技术问题。
[0007] 本发明提供了一种基于渐变折射率多模光纤的光纤光操控装置的制造方法，该制 作方法相对于现有技术中的基于光纤锥的光纤光操控方法，其光纤光锥制作工艺复杂，本 发明采用切割平整的端面，降低了制作的难度，可有效提高光纤光操控方法的可重复性，降 低损伤样品的风险。
[0008] 本发明还提供了一种基于渐变折射率多模光纤的光纤光操控装置的使用方法，操 作步骤简单，便于操控。
[0009] 为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：基于渐变折射率多模光纤 的应力可调光纤光操控系统，包括单模光纤，渐变折射率多模光纤，微流通道，渐变折射率 多模光纤上设置有应变调节部，应变调节部之间设置有用于对应变调节部进行拉伸的第一 位移台、第二位移台，渐变折射率多模光纤一端与单模光纤熔接，另一端位于微流通道内。
[0010] 进一步地，为了更好的实现本发明，所述渐变折射率多模光纤的两端均为切割平 整的端面。
[0011] 进一步地，为了更好的实现本发明，应变调节部为在渐变折射率多模光纤上选取 的任一段，且应变调节部在原自由长度的基础上可拉伸的长度范围为〇~700um。其中应变 调节部原自由长度为不小于50. 0cm，即应变调节部最低选取长度为50. 0cm，可拉伸的最大 长度为700um，该拉伸长度可实现多模光纤传输路径周期性的调控，同时在该拉伸长度范围 内，防止多模光纤发生非弹性形变。
[0012] 进一步地，为了更好的实现本发明，所述微流通道的截面尺寸为300umX300um，长 度为2cm。
[0013] 进一步地，为了更好的实现本发明，所述渐变折射率多模光纤的纤芯直径大于单 模光纤的纤芯直径。
[0014] 本发明还提供了一种基于渐变折射率多模光纤的光纤光操控装置的制造方法，具 体包括以下步骤： 步骤1):将渐变折射率光纤光操控方法的两端面切割平整； 步骤2):将渐变折射率多模光纤的一个端面与单模光纤熔接； 步骤3):在渐变折射率多模光纤上选取一部分，将选取的一部分进行拉伸，得到应变调 节部，应变调节部的两端分别固定在第一位移台、第二位移台上； 步骤4):调节第一位移台，使渐变折射率多模光纤的另一端面穿入微流通道内。
[0015] 进一步地，为了更好的实现本发明，所述制作基于渐变多模光纤的应力可调谐光 纤光操控方法步骤3)通过调节第一位移台、第二位移台控制应变调节部在原自由长度的基 础上可拉伸的长度范围为0~700um。
[0016] 本发明还提供了基于渐变折射率多模光纤的应力可调光纤光操控系统的制作方 法，具体包括以下步骤： 步骤a、调节第一位移台，使光场出射的渐变折射率多模光纤置于微流通道内所需的操 控位置，并固定； 步骤b、将一束激光耦合进单模光纤，经过渐变折射率多模光纤，输出光场，形成光操控 方法； 步骤c、通过进样栗，将样品溶液以恒定流速注入微流通道（6)内，微流通道提供恒定 的流体力与输出光场提供的光学力平衡，将样品微粒捕获在固定位置光操控方法； 步骤d、、固定第一位移台（3)，调节第二位移台（4)，使应变调节部（5)受到轴向应力， 调节光在应变调节部（5)中的传输特性，从而调节光纤光操控方法的操控距离。
[0017] 本发明中光纤光操控方法的操控距离是周期性变化的，其变化周期与光在渐变折 射率多模光纤中传输的会聚发散周期匹配。即光在渐变折射率多模光纤中传输路径具有周 期性，在保证渐变折射率多模光纤的完整性前提下，对应变调节部进行拉伸，改变应变调节 部的长度，则光在渐变折射率多模光纤中传输长度和出射光场变化，进而样品微粒的操控 距离发生变化，从而实现对微流通道内样品微粒的操控距离可调节。
[0018] 与现有技术相比，本发明的具有以下有益效果： (1)本发明中利用渐变折射率多模光纤的自聚焦效应增加光场的会聚效果，采用切割 平整的光纤光操控方法端面形成光操控方法，降低了光纤光操控方法的制作程序，提高操 作的可重复性。
[0019] (2)本发明光纤光操控方法中在渐变折射率多模光纤中选取一部分作为应变调节 部，应变调节部的两端设置第一位移台，第二位移台，通过调节第一位移台，第二位移台对 应变调节部施加轴向应力，可改变光在渐变折射率多模光纤中的传输特性，从而调节光纤 光操控方法端面出射