武汉理工大学 理学院 物理系, 武汉 430070
为了捕获不同材料、不同尺寸的多微粒串列, 采用界面层腐蚀法制备了双锥角光纤探针, 搭建单光纤光镊系统捕获了酵母菌、二氧化硅和聚苯乙烯等材料的多微粒串列。结果表明, 对于相同材料的微粒, 双锥角探针所能捕获的微粒数量随其尺寸增加而减少, 而对于相同尺寸的微粒, 捕获微粒的数量随材料折射率增加而减少; 通过测量捕获微粒串列时各个微粒的捕获力, 发现串列中离探针尖端越远的微粒其所受捕获力越小, 在外力的作用下远端的微粒将率先逃逸; 理论计算显示当光纤探针的2次锥角超过60°时, 不能捕获2个或2个以上的球形微粒, 该结果和实验观测一致。此研究可应用于精细加工和微纳制造。
激光技术 光纤光镊 界面层腐蚀法 多微粒捕获 光捕获 laser technique optical fiber tweezers interfacial layer etching multiparticle trapping optical trapping
1 暨南大学纳米光子学研究院，广东省纳米光学操控重点实验室，广东 广州 511443
2 仲恺农业工程学院自动化学院，广东 广州 510225
光学操控已被广泛应用于生物医学、物理和材料科学等领域。近年来，锥形光纤光镊由于具有操作灵活、结构紧凑、易于制造等特点，在光学操控领域引起了极大关注。作为一种非侵入式光操控工具，锥形光纤光镊不会对生物组织和活体细胞产生接触式物理损伤，因而可以直接应用于细胞的多维度操控。此外，红外光波对生物组织具有良好的穿透性，这使得锥形光纤光镊在生物及医学领域有着不俗的表现。在这篇综述，笔者总结了锥形光纤光镊在单细胞、多细胞、亚细胞等层面的研究现状，并介绍了其在神经细胞调控方面的最新进展。
生物光学 光纤光学 光纤光镊 光捕获 细胞操控 神经调控 中国激光
2023, 50(15): 1507302
1 东北石油大学电气信息工程学院，黑龙江 大庆 163318
2 大庆油田信息技术公司，黑龙江 大庆 163453
提出一种基于电流调制的新型单光纤光镊。通过将经电流调制的980 nm激光注入单模光纤，光纤探头的输出功率发生周期性变化，实现了对粒子运动距离和运动速度的可控式操纵。此外，通过调整盖玻片的倾斜角度改变溶液蒸发力的大小，实现了对粒子的稳定捕获。在构建平面锥形纤维探针的基础上，搭建仿真模型，分析粒子的受力情况，并进行实验验证。实验结果表明，通过对激光器的驱动电流进行调制，可以操纵聚苯乙烯小球实现长达22.76的粒子运输，且粒子的运动速度与激光器的调制电流有关，实验结果得到了数值模拟的支持。所提方法使得粒子捕获点的可变式调节和粒子的长距离轴向可控式运输成为可能。
光纤光镊 电流调制 粒子捕获与操纵 生物传感 光学学报
2023, 43(14): 1406003
东北石油大学电气信息工程学院，黑龙江 大庆 163318
提出了一种用于生物细胞多路捕获与操纵的单光纤光镊。基于两种不同模式的光纤错位拼接，实现了LP01和LP11模式共存。该光镊的输出光场具有多个聚焦光斑，能够在多个支路上同时捕获和操纵多个生物细胞。仿真和实验结果表明，该光镊能够在三个支路上同时捕获和操纵多个小球藻细胞，在光镊移动速度约为14 μm/s时仍能保持捕获稳定。该光镊结构简单，为生物传感和直接检测生物信号提供了更多可能。
光纤光学 光纤光镊 LP01模式和LP11模式 多路捕获和操纵 生物传感
光学 精密工程
2022, 30(13): 1555
自1986年光镊技术被发现以来, 光的力学效应的研究与应用成为了光学研究中的一个重要分支。不同于传统的显微镜构造的光镊平台, 基于环形芯光纤的光镊为更多维的粒子操纵提供了方便, 并能使得显微系统与操纵系统分开来。光镊能实现对粒子的捕获, 但如果要进一步地对粒子的姿态进行操纵, 就需要基于多芯光纤的光学微光手, 而如果想要将捕获粒子发射出去, 就需要基于同轴双波导光纤的光枪。介绍了基于不同种类光纤的光镊、光手和光枪的设计以及它们对粒子的操控效果。
光的力学效应 环形光纤光镊 光学微光手 光枪 mechanical effect of light optical tweezers based on ring-shaped fiber optical micro-light hand optical gun
中国电子科技集团公司第34 研究所，广西桂林541004
为了给分子生物学、免疫学、基因工程等生物医学研究提供有效的细胞操控工具，为微细加工、物理学及光谱学等领域提供实验手段，通过光纤熔融拉锥（Fused Biconical Taper，FBT）工艺，研制出4 芯2×2 阵列光纤光镊器件，并介绍了相关制造方法及关键技术。采用50/125 μm 多模光纤进行拉锥，4 根光纤的排列形式为矩形，光镊尖端各纤芯径约1 μm，各纤光功率传输损耗<0.5 dB，光纤光镊锥角30°左右，工作波长为1 053 nm。
光镊 光纤光镊 阵列光纤光镊 光学势阱 光力 optical tweezers optical fiber tweezers（OFT） array optical fiber tweezers optical force well optical force
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
光纤光镊技术利用光纤出射的光束捕获和操控粒子，其飞速发展对光阱力的理论研究提出了更高的要求。采用射线光学模型对光纤光阱中的米氏微球所受到的光阱力进行数值模拟，讨论了光阱力计算中可采用的近似条件及其应用范围，比较了在近似条件下与直接计算情况下结果的差异，分析了微球与光纤端面之间的距离对近似计算的影响。理论分析和模拟计算表明，当微球与光纤端面之间的距离大于临界值时，可对计算模型中光束在微球表面的入射角、入射点的方位角等角度参量作近似处理，该结论为简化光纤光阱力计算提供了理论依据。
激光技术 光阱力 数值模拟 光纤光镊 近似条件 激光与光电子学进展
2014, 51(8): 081404
大连理工大学 物理与光电工程学院 生物医学光学实验室,辽宁 大连 116024
光镊是利用光穿过处于系统焦点的物体时产生的动量变化对其施加力的作用，因此确定光镊系统焦点位置是极其重要的.但目前缺少有效确定光镊焦点的方法.本文提出利用测量皮安培量级电流的膜片钳技术，基于光在溶液中产生的光热效应来确定光纤端面出射光斑的焦点.基于水的吸收光谱，选用波长为980 nm、845 nm和功率为100 mW的激光作为光源.由于光热效应引起溶液电导的改变，影响流过玻璃微电极的电流，再用标准温度引起电流变化对膜片器放大器记录的电流标定，将电流值转换成温度值，获得微电极尖端点的温升值.用三维微操纵器控制玻璃微电极的空间位置，获得温度空间分布，从而确定该光斑焦点位置.
变焦光纤光镊 光热效应 膜片钳 Fiber optical tweezers Photothermal effect Patch clamp
