杜佳豪, 苑立波

(桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院, 桂林 541000)

0 引 言

光操纵在物理学[1]、细胞生物学[2]以及其他学科[3]的研究中有着不可替代的作用。1993年，Constable A等[4]首次通过光纤捕获粒子。2006年，Liu Z等[5]研制了一种新型光镊并实现了在水中三维捕获酵母细胞。2017年，Ribeiro Rita R等[6]利用离子束刻蚀的方法在多模光纤端制作菲涅尔透镜并实现对细胞的捕获。实现光纤光镊的方法有很多，例如，研磨法[7]，熔融拉锥[5-8]以及高精度微加工[9]等。然而，传统的光纤光镊探针的焦距是固定的且捕获点离光纤端面较近，因此要在光纤上制作长焦距的光纤光镊是一个挑战。

菲涅尔透镜(Fresnel zone plate,FZP)的数值孔径和焦距可以任意调整，因此，在光纤端加工菲涅尔透镜可以任意选择光镊的捕获距离。在制作的光纤探针中，多模光纤和无芯光纤对出射光场进行预调控；经过无芯光纤内的光束扩散，出射光场经过无芯光纤端的FZP结构后形成能捕获粒子的聚焦光场。对该结构模型的出射光场以及光阱力进行了有限元仿真，并且实验验证了理论的正确性。

1 基本原理

按照一定的比例,由透明和不透明的圆环交替排列，构成了菲涅尔波带片。当波长远小于焦距时，菲涅尔波带片表示为

(1)

式中:a为整数;d为焦距;λ为入射光波长。

由于单模光纤以及普通多模光纤的出射光场光斑很小，限制了菲涅尔透镜的加工尺寸。因此，将单模光纤、多模光纤和无芯光纤依次焊接，结构见图1。多模光纤对单模光纤传输的光起到了预扩散的作用并在光纤切割时便于找到焊点，通过无芯光纤的扩束，使光纤端面光斑尺寸变大，从而扩大工作区域。……