微纳光纤的制备及其在光镊中的应用任务书

 2021-08-25 11:08

1. 毕业设计(论文)主要内容:

标准单模光纤的纤芯直径一般小于10mm,包层直径125mm,因此包层之外的光场几乎为零,光能量约束在光纤中传输。但在某些特殊场合(如光纤传感、光纤消逝场捕获和操控微粒,即光镊等)需要光场尽可能的穿透包层。一种常规的方法是采用化学腐蚀的方法将包层去除形成锥形探针结构。还有一种方法就是采用热拉伸的方法将标准单模光纤拉细,将光纤尺寸缩减到几十mm甚至是亚微米级别(微纳光纤),此时光纤的纤芯和包层直径都大大减小。一方面纤芯直径的减小会导致光纤对光的约束能力的下降,另一方面包层尺寸也大幅度减小,使得光场有较大程度的穿透包层到达外部环境,从而满足光纤传感或光纤光镊等方面的要求。

论文主要工作是采用火焰枪(丁烷)将光纤温度加热到其软化温度之上的同时,通过步进电机控制光纤左右拉伸,制备出纤腰尺寸在微纳米量级的锥形光纤,然后将制备的微纳光纤用于捕获和操控酵母细胞。主要内容包括:1. 热拉伸法制备微纳光纤的技术发展概况及光纤光镊技术;2. 热拉伸法的技术原理、(拉锥和捕获)实验系统构成;3.研究光纤拉伸速度、拉伸时间与所制备光纤尺寸的关系;4. 开展捕获和操控酵母菌实验,测量不同尺寸的微纳光纤在不同光功率的条件下,酵母细胞的驱动速率。

2. 毕业设计(论文)主要任务及要求

  1. 查阅不少于15篇文献资料,其中近5年的英文文献不少于3篇,完成开题报告。

  2. 了解热拉伸制备微纳光纤的技术概况、原理、实验系统构成,了解光纤光镊技术;
  3. 基于热拉伸法制备尺寸在20-50um的微纳光纤,研究光纤拉伸速度、拉伸时间对制备的光纤尺寸的影响。

  4. 开展捕获实验,测量不同尺寸的微纳光纤在不同光功率的条件下,酵母细胞的驱动速率。

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    3. 毕业设计(论文)完成任务的计划与安排

    1. 第1~3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解研究所需背景知识(热拉伸技术概况、技术原理、实验系统构成,光纤光镊技术等)。

      确定技术方案,完成开题报告。

    2. 第4~11周:完成任务书中的各项任务;
    3. 第12~14周:完成并修改毕业论文
    4. 第15周:准备论文答辩

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    4. 主要参考文献

    1.徐凯,潘石,吴世法,孙伟,李银丽, 热拉伸和化学腐蚀相结合制备弯曲光纤探针[J], 物理学报,2003,52(5):1190-1195

    2.Limin Tong, Michael Sumetsky, Subwavelength and Nanometer Diameter Optical Fibers [M], Hangzhou: Zhejiang University Press, 2009 (Chapter 3.1 and 3.2)

    3. F. Bayle, J. P. Meunier, Efficient fabrication of fused-fiber biconical taper structures

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