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申请/专利权人：桂林电子科技大学

摘要：本发明提供的是全光纤可调微粒搅拌装置。其特征是：它由波长可调激光器、单芯光纤、螺旋芯光纤、毛细管光纤以及微纳转子组成。将单芯光纤、螺旋芯光纤、毛细管光纤依次熔融焊接后连为一体，利用毛细管光纤热熔塌陷形成的锥形过渡区实现了对光束的分割，由于螺旋芯光纤对特定光波具有调制作用，当输出为高斯光束时，在管状包层中传输的光束经反射和折射后会在空气孔内或者纤端附近形成多个强汇聚点的高斯光束，实现对处于轴线上的微纳转子的光捕获功能；当输出为涡旋光束时，则对微纳转子光捕获的同时实现定轴旋转的功能，进而对处于空气孔中的溶液实现搅拌功能。本发明可用于微小粒子的光操纵以及光纤集成器件应用等领域。

主权项：1.全光纤可调微粒搅拌装置，其特征是：它由波长可调激光器1、单芯光纤2、螺旋芯光纤3、毛细管光纤4以及微纳转子5组成，单芯光纤2由纤芯201和纤芯包层202组成，将偏芯光纤同轴热熔扭转制得螺旋芯光纤3，螺旋芯光纤3由中央螺旋纤芯301以及中央螺旋纤芯包层302组成，毛细管光纤4由空气孔401和管状包层402组成，将单芯光纤、螺旋芯光纤、毛细管光纤依次熔融焊接后连为一体，在螺旋芯光纤3与毛细管光纤4的焊点8处由于空气孔401热熔塌陷形成锥形过渡区403；当单芯光纤2的纤芯201中特定波长λ1的传导光波经过螺旋芯光纤3的中央螺旋纤芯301后，中央螺旋纤芯301不会对此波长的光波进行相位调制，从而输出的高斯光束6经过锥形过渡区403时被分割形成空心光束，然后在毛细管光纤4的管状包层402中传输的空心光束经反射和折射后会在空气孔401内或者纤端附近形成在光轴上具有多个汇聚点的强汇聚高斯光束7，从而同时对多个微纳转子5实施光捕获功能，从而把多个微纳转子5固定在光轴上，实现定轴功能，但由于强汇聚高斯光束7不具有轨道角动量，因此该光束不能使微纳转子5旋转；当利用波长可调激光器1向螺旋芯光纤3的中央螺旋纤芯301中通入特定波长λ2的光波后，由于中央螺旋纤芯301会对该波长产生周期性调制，使得中央螺旋纤芯301传输的低阶线偏振模式转化为高阶的相位涡旋模式9，经过锥形过渡区403的分割以及管状包层402的反射和折射后的光波在空气孔401中或者纤端附近形成在光轴具有多个强汇聚点的相位涡旋光束10，同时对多个微纳转子5实施光捕获，实现定轴功能，并且由于相位涡旋光束10具有轨道角动量，其产生的光辐射压力的角向分力提供多个微纳转子5旋转的扭转力矩，因此同时还实现对多个微纳转子5旋转11的功能；这样，通过对波长λ1和λ2的切换，就可控制微纳转子5处于非旋转和旋转状态，从而实现微纳转子5对周围溶液的搅拌可调功能；所述全光纤可调微粒搅拌装置制备方法如下：1热熔扭转：用扭转机将偏芯光纤同轴周期性扭转数个螺距并进行定长度切割获得螺旋芯光纤；2熔融焊接：用焊线焊接机把单芯光纤、螺旋芯光纤和毛细管光纤依次热熔焊接在一起；3毛细管光纤的纤端采用圆锥台纤端结构，圆锥台纤端制作：第一种方法：用光纤夹具固定住毛细管光纤，然后把纤端放置于研磨盘上，光纤夹具与光纤研磨盘都能绕各自的中轴自转，通过控制光纤与研磨盘盘面法线的夹角来制备具有不同张开角的圆锥台纤端；第二种方法：把光纤放置于光纤拉锥机上，拉制成合适的锥长、锥角并在拉锥区域合适位置切割，形成具有弧形锥面的圆锥台纤端；所述的圆锥台纤端的锥面直接对传导光波进行全反射，或者增镀一层金属反射膜来增强全反射效果；所述的单芯光纤为单模光纤、少模光纤或多模光纤中的一种，且纤芯形状为：圆形、环形、三角形、矩形或其他多边形中的一种；所述的螺旋芯光纤可通过偏芯光纤旋转拉丝或者先拉丝再热融扭转的方法制备；所述的偏芯光纤可以替换为单芯光纤或者多芯光纤，采用二氧化碳激光、电弧或氢氧焰加热方式热熔扭转直接形成的结构手性螺旋光栅，且单芯光纤的纤芯形状为：三角形、椭圆形、矩形、其他多边形中的一种；不管是介质手性螺旋光栅还是结构手性螺旋光栅都可在中央纤芯中实现非涡旋模式转化为涡旋模式，用于对微纳转子的旋转操纵；所述的微纳转子的材质为介质微粒、生物细胞、组织颗粒、药物颗粒、金属颗粒中的一种；所述的毛细管光纤的空气孔形状为：圆形、正三角形、方形或者其他正多边形中的一种，且管状包层的形状为圆形、方形中的一种。

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