漸變折射率光纖長程光鑷研究.pdf

1、光纖光鑷具有體積小、易于使用、成本低等特點，可用于捕獲和操作微納粒子，這種捕獲和操作技術(shù)可以廣泛的應(yīng)用與生物學(xué)和醫(yī)學(xué)。對于一般的光纖光鑷，捕獲細胞時都會一定程度的接觸細胞，這會對生物樣品造成一定的損傷。因此，具有長操作距離的光纖光鑷對于實現(xiàn)非接觸式的光學(xué)捕獲具有重要的意義。長距離的光鑷操作距離可以很大程度的提高光鑷應(yīng)用性和不接觸的捕獲細胞的靈活性，本文對長距離操作細胞的光纖光鑷即長程光鑷進行了研究。
　　本文提出了一種新型的光纖錐

2、角在58°操作距離在40μm之上的漸變折射率光纖長程光鑷。根據(jù)光纖光鑷的原理和光在漸變多模光纖中的傳輸特性來設(shè)計此種光鑷。在現(xiàn)有的漸變折射率光纖光鑷的基礎(chǔ)上，在單模光纖和多模光纖中加入了一段空氣腔來實現(xiàn)光鑷的長操作距離。調(diào)節(jié)空氣腔的長度，可以使得光在漸變折射率光纖錐頭的匯聚距離發(fā)生改變，也能使得任意長度的漸變多模光纖都能穩(wěn)定的捕獲細胞，提高了腐蝕出來的漸變多模光纖的使用率。通過數(shù)值仿真計算了空氣腔中、漸變多模光纖中和光纖錐附件的光場分布

3、。仿真研究了漸變折射率光纖長度和空氣腔的長度對光在錐尖外聚焦距離的影響。仿真結(jié)果顯示通過調(diào)節(jié)漸變多模光纖長度和空氣腔的長度，可優(yōu)化光纖光鑷捕獲細胞的效果。
　　實驗中通過化學(xué)腐蝕法得到錐角較大的漸變折射率光纖錐，用毛細玻璃來制作空氣腔結(jié)構(gòu)。作為驗證，實驗中當(dāng)調(diào)節(jié)空氣腔的長度為100μm時，在穩(wěn)定的在有恒定流速12μm/s溶液中成功的捕獲了酵母細胞。實驗捕獲細胞的距離超過了40μm，是之前漸變折射率光纖光鑷捕獲距離的10倍以上；并且

4、在穩(wěn)定捕獲后，快速移動錐尖到細胞，細胞很快恢復(fù)到原有穩(wěn)定的位置，這證明了捕獲細胞的穩(wěn)定性；在有恒定流速的溶液中，穩(wěn)定捕獲的情況下，增加光功率能增大細胞的捕獲距離，這證明了可以通過該種光鑷長距離的操作細胞。
　　通過上述實驗，成功的證明了這種設(shè)計的光鑷的可行性，實現(xiàn)了操作簡單、重復(fù)性好的長程光鑷。在實驗之后，運用米氏散射模型中光軸向力的計算公式來計算此種光鑷軸向力的分布，當(dāng)合力和細胞受到粘滯力的大小相等時，細胞計算出來的捕獲距離和實