漸變折射率光纖長(zhǎng)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(diǎn)，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(duì)于一般的光纖光鑷，捕獲細(xì)胞時(shí)都會(huì)一定程度的接觸細(xì)胞，這會(huì)對(duì)生物樣品造成一定的損傷。因此，具有長(zhǎng)操作距離的光纖光鑷對(duì)于實(shí)現(xiàn)非接觸式的光學(xué)捕獲具有重要的意義。長(zhǎng)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(xì)胞的靈活性，本文對(duì)長(zhǎng)距離操作細(xì)胞的光纖光鑷即長(zhǎng)程光鑷進(jìn)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(zhǎng)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(jì)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(shí)現(xiàn)光鑷的長(zhǎng)操作距離。調(diào)節(jié)空氣腔的長(zhǎng)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(zhǎng)度的漸變多模光纖都能穩(wěn)定的捕獲細(xì)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(jì)算了空氣腔中、漸變多模光纖中和光纖錐附件的光場(chǎng)分布

3、。仿真研究了漸變折射率光纖長(zhǎng)度和空氣腔的長(zhǎng)度對(duì)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(zhǎng)度和空氣腔的長(zhǎng)度，可優(yōu)化光纖光鑷捕獲細(xì)胞的效果。
　　實(shí)驗(yàn)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(xì)玻璃來制作空氣腔結(jié)構(gòu)。作為驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)中當(dāng)調(diào)節(jié)空氣腔的長(zhǎng)度為100μm時(shí)，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(xì)胞。實(shí)驗(yàn)捕獲細(xì)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(dòng)錐尖到細(xì)胞，細(xì)胞很快恢復(fù)到原有穩(wěn)定的位置，這證明了捕獲細(xì)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(xì)胞的捕獲距離，這證明了可以通過該種光鑷長(zhǎng)距離的操作細(xì)胞。
　　通過上述實(shí)驗(yàn)，成功的證明了這種設(shè)計(jì)的光鑷的可行性，實(shí)現(xiàn)了操作簡(jiǎn)單、重復(fù)性好的長(zhǎng)程光鑷。在實(shí)驗(yàn)之后，運(yùn)用米氏散射模型中光軸向力的計(jì)算公式來計(jì)算此種光鑷軸向力的分布，當(dāng)合力和細(xì)胞受到粘滯力的大小相等時(shí)，細(xì)胞計(jì)算出來的捕獲距離和實(shí)