光鑷技術(shù)由于具有對被操作微粒非入侵性等特性,從而逐漸被應(yīng)用于生物和醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域,如細(xì)胞,病毒和細(xì)菌操作。傳統(tǒng)的光鑷通常需要使用高數(shù)值孔徑的顯微鏡頭來聚焦激光光束從而實(shí)現(xiàn)微粒捕獲。由于其體積龐大且缺乏靈活性,在實(shí)際操作微粒時存在局限性。而基于光纖的光學(xué)捕獲方法的實(shí)現(xiàn)使光鑷成為了便利、小型化且具有廣泛應(yīng)用的工具。光纖光鑷分類包括多光纖光鑷、單光纖光鑷。相較于需要準(zhǔn)直操作的多光纖光鑷系統(tǒng),單光纖光鑷操作簡單,利于實(shí)際制備以及使用。而單光纖光鑷又分為單光纖單光鑷和單光纖多功能光鑷,其中基于單模光纖的單光纖單光鑷雖利于制備,造價低廉,但是由于模場直徑較小決定了其除非結(jié)合特殊效應(yīng)(如熱效應(yīng)),否則無法實(shí)現(xiàn)除捕獲外的其他特殊功能;而基于特種光纖的單光纖多功能光鑷由于其結(jié)構(gòu)特殊,通過加工光纖端面可以實(shí)現(xiàn)除捕獲外的其他功能如微粒旋轉(zhuǎn)等,缺點(diǎn)是由于特種光纖造價高昂限制了其產(chǎn)量,導(dǎo)致其應(yīng)用范圍狹窄。而本文的研究工作將光鑷與漸變多模光纖相結(jié)合,旨在利用其特殊折射率分布以及出射光場具有較大等效模場直徑的特點(diǎn)來制備多功能光纖光鑷(光學(xué)捕獲、捕獲位置可控調(diào)整),為實(shí)際研究中光纖光鑷的應(yīng)用提供了便利的手段。本文主要工作如下:提出一種基于漸變多模光纖的新型單光纖光鑷,其可使用自由長度(30cm)的漸變多模光纖。這種漸變多模光纖光鑷可實(shí)現(xiàn)酵母細(xì)胞的三維穩(wěn)定捕獲。與具有相同錐角的單模光纖光鑷相比,這種漸變多模光纖光鑷具有較大的光學(xué)捕獲力。由于這種漸變多模光纖可使用自由長度,所以其制備過程簡單且便于重復(fù);而由于其捕獲力較大,所以具有較高的捕獲效率。但是上述光鑷不能實(shí)現(xiàn)非接觸式捕獲,通過改進(jìn)光纖光鑷探針結(jié)構(gòu),提出一種基于漸變多模光纖的雙功能光纖光鑷,其可以實(shí)現(xiàn)非接觸式捕獲,并對被捕獲微粒進(jìn)行多樣化操作。通過使用多角度研磨的方法,制備了可以對酵母細(xì)胞進(jìn)行穩(wěn)定的三維非接觸光學(xué)捕獲的光纖探針。光纖尖端的特殊錐形形狀確保了其可進(jìn)行長距離捕獲和非侵入性光學(xué)操作,即第一個功能。而通過調(diào)節(jié)光源尾纖和漸變多模光纖探針尾纖之間的徑向偏移,可以實(shí)現(xiàn)第二個功能,驅(qū)動被捕獲的微粒相對于光纖尖端的軸向方向進(jìn)行可控移動。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN253
【部分圖文】：

有著它們所都不具有的優(yōu)勢，那就是它的操控方式是使用光場操縱微粒，即操作方非接觸式的，不會對被操控對象造成機(jī)械損傷。正是因?yàn)檫@一優(yōu)點(diǎn)，光鑷在生物和方面有著巨大的優(yōu)勢，特別是在細(xì)胞操作方面。其一，光鑷系統(tǒng)可操作的微粒的尺常小，達(dá)到了微米甚至納米級別；其二，光鑷的操作過程十分溫和，其不會對細(xì)胞破壞性的損傷，雖然激光輻射過程會產(chǎn)生熱量，但是實(shí)驗(yàn)中只要選取合適的激光波長開細(xì)胞的吸收波長，就可以避免實(shí)驗(yàn)中熱量對細(xì)胞的損傷；最后，由于大多數(shù)的細(xì)透明的，也就是說光可以透射進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，對細(xì)胞內(nèi)的微粒進(jìn)行操作，這是其他的手段所無法實(shí)現(xiàn)的[4]。光鑷除了作為夾持工具之外，還可以進(jìn)行傳感，進(jìn)行對微小力的測量。光鑷系統(tǒng)束聚焦處為捕獲中心，當(dāng)微�；蚣�(xì)胞偏離捕獲中心時，其所受的力正比于偏離捕獲的距離，這個原理與彈簧的勁度系數(shù)相似。這也就使得在操縱微�；蚣�(xì)胞時，被操子的受力可以被實(shí)時監(jiān)測。所以光鑷也可以用于制作光纖探針，用來測量細(xì)胞的受況，這對進(jìn)一步揭示生命科學(xué)有著重要的意義。

圖1.2雙光纖光鑷系統(tǒng)示意圖

圖 1.3 用雙光纖光鑷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對血紅細(xì)胞的拉伸[18]圖 1.4 用雙光纖光鑷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對血紅細(xì)胞的旋轉(zhuǎn)[19]Bragheri 等人介紹了他們對光流控芯片的設(shè)計和優(yōu)化，其能和受控拉伸。制備方法是通過飛秒激光微機(jī)械加工在熔融石光波導(dǎo)和微流體通道。該工作中采用的新制造程序，使芯片從而使被捕獲的細(xì)胞圖像的質(zhì)量得到改善。飛秒激光微機(jī)械技術(shù)，可被應(yīng)用于多功能集成生物光子器件的開發(fā)，該器件
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8 李秀清;多模光纖和單模光纖的開發(fā)[J];半導(dǎo)體情報;2000年04期

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