熔融拉锥型微纳光纤的研制文献综述
2020-05-04 21:16:59
光镊技术是基于光的力学效应原理来实现对微粒的捕获和操纵的,可以对微粒进行无损伤、无接触、无侵害的操纵,克服了传统机械操作的缺陷,已经广泛应用于生命科学、生物化学领域。
1992年,Kawata等人利用高折射率棱镜全反射产生的倏逝场对微粒进行操纵,粒径为6.8μm的介电微球在倏逝场的作用下沿着棱镜的表面运动。该实验奠定了近场光学微操纵的研究基础。不同于传统光镊,近场光镊技术是基于近场光学中倏逝场的特性,其捕获范围高度局域在界面表面几十到几百纳米的范围内,不受光学衍射极限的约束,可以提高微球捕获的范围和精度。
而微纳光纤光镊便是是利用光纤表面隐逝场来操控微粒的,光束在光纤纤芯内传输的同时在纤芯和包层界面发生全反射,会在纤芯外产生指数衰减的隐逝场,因此能产生足够大的梯度力,将粒子捕获到光纤表面附近。 2007年,Brambilla等人用亚波长的光纤结构实现了对微粒的捕获和操作,他们把普通的单模光纤制备成锥腰直径0.95微米的锥形光纤,直径为3微米的聚苯乙烯微球被俘获到光纤表面并且沿着光束的传播方向运动。
对于微纳光纤,19世纪80年代,英国科学家 Boys 等人就尝试从高温熔融的矿石中拉制出玻璃细丝,并研究它们的机械性能和用途;
2003年,童立民等人利用两步拉伸法制出了较低损耗的微纳光纤;
S.Leon-Saval等人利用熔融拉锥机通过火焰复扫拉锥的方法制作出来了微纳光纤;
Sumetsky 等和 Ward 等使用 CO2 激 光、陈 险 峰 等采 用 金 属 电 加 热 作 为 加热 源,均 由 普 通 玻 璃 光纤成功制备出微纳光纤;
此 外 ,Harfenist 等、Yang 等、Gu 等和李宝军等还通过各种方法制备具有良好光学传输特性的高分子材料微纳光纤;
目前,制作锥形光纤的常用方法主要有2种:化学腐蚀法和热熔拉锥法。化学腐蚀法通常应用氢氟酸对普通的单模光纤进行腐蚀,主要通过控制氢氟酸的浓度和腐蚀的时间来实现不同锥腰直径光纤的制备。只需在光纤上滴上浓度为49%的HF,就可以制备微纳光纤。虽然这种方法简单易行,但是耗时长,而且氢氟酸具有强烈的腐蚀性,有剧毒。因此采用热熔拉锥法来制备微纳光纤。