一种阵列光纤光镊锥角的保护装置和安装方法与流程

本发明涉及一种阵列光纤光镊的使用技术领域，具体涉及一种阵列光纤光镊锥角的保护装置和安装方法。

背景技术：

由于传统光镊具有体积大、工作距离短，不易实现多光镊操作等缺点，使其难以得到更广泛的应用。光纤光镊克服了上述缺点并以结构简单，价格便宜，传输光路柔性强及捕获范围大等优点，越来越受到人们的广泛重视。光纤光镊系统是利用经处理的光纤端面出射的激光束来实现对粒子的微操纵。与基于显微镜的光镊系统相比，光纤形成的光阱操纵灵活，能够自由移动被捕获的生物样品。微操纵系统简单适用，光纤可以深入到样品池中形成光阱，大大提高了光阱捕陷范围。捕陷光学系统从观察光学系统中分离出来，使得在系统中添加激光束计量和光谱仪等测量设备有了较大的自由度。光纤光镊的激光输入端与带尾纤的半导体二极管激光器进行光纤活动连接，无需外部光学系统，结构特别简单。另外，半导体二极管激光器可以快速开关和调制，满足激光多种微操纵实验研究的需要。

目前已出现的单光纤光镊，只能对一个微粒进行操控，而需要同时对多个微粒进行操控时，必须采用阵列型光纤光镊。在生物及医学研究中，许多情况下需要同时对多个细胞微粒进行操控，故研制参数优化的阵列型光纤光镊有着现实的必要性。

通过光纤熔融拉锥(fbt-fusedbiconicaltaper)工艺拉制的阵列光纤光镊，采用的石英管完美的约束光纤束，拉锥后得到阵列光纤光镊的光纤紧密排列，各光纤相对于阵列光纤光镊中心线对称，效率和质量显著提高。熔融拉锥阵列光纤光镊面临的主要问题是光镊锥角的合理保护，在满足保护的同时又便于日常使用。但是拉锥后得到的阵列光纤光镊前端的锥角为细小的尖角，稍磕碰就极易损坏，使用时需十分小心，给操作带来不便。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种阵列光纤光镊锥角的保护装置，其包括导管、外套筒和内滑筒，阵列光纤光镊锥角和拉锥后的平行石英管位于导管内，导管与内滑筒固定连接，外套筒和内滑筒的相对运动，可使阵列光纤光镊锥角伸出导管以便使用，或者缩回导管内以便被保护。

本发明的另一目的是提供一种阵列光纤光镊锥角的保护装置的安装方法，阵列光纤光镊的石英管尾部与外套筒中的支撑环固定连接，实现内滑筒在外套筒内移动时带动导管移动，使阵列光纤光镊锥角伸出或缩回导管。

本发明提供的一种阵列光纤光镊锥角的保护装置，所述阵列光纤光镊为拉锥成型的阵列光纤光镊，包括依次连接的阵列光纤光镊锥角、平行石英管、锥形石英管和石英管尾部，通过光纤熔融拉锥(fbt-fusedbiconicaltaper)工艺拉制后的光纤束被石英管约束于锥角内，相对于阵列光纤光镊中心线对称，带涂覆层的裸光纤束留在石英管尾部之外。

所述阵列光纤光镊锥角的保护装置包括导管、外套筒和内滑筒，三者中心线为同一直线。导管为硬质材料的中空管，最佳方案为不锈钢管，其内径为阵列光纤光镊石英管尾部外径+(0.1～0.5mm)，其长度为平行石英管长度+光镊锥角长度-(3～6mm)。

外套筒的内螺纹与内滑筒的外螺纹相配合且二者啮合，外套筒的螺纹内径与内滑筒的螺纹外径相同，为2～3mm，内滑筒位于外套筒内、二者相对旋转且沿轴向平移。内滑筒的内径为光镊石英管尾部外径+(0.4～0.8mm)，内滑筒长度为6～10mm。导管后端固定连接于内滑筒前端。

外套筒内两端为光孔，分别嵌入保护环和支撑环。

保护环固定嵌于外套筒的一端，保护环内孔为光孔，内径为光镊的石英管尾部外径+(0.4～0.8mm)、小于内滑筒的外径，保护环外径与外套筒一端光孔内径相同，保护环长度为1～3mm；

或者所述外套筒与保护环为一体，所述外套筒一端的内径为光镊的石英管尾部外径+(0.4～0.8mm)、小于内滑筒的外径的光孔，该光孔为保护环。

支撑环固定嵌于外套筒的另一端，支撑环内孔为光孔，内径为光镊石英管尾部外径+(0.05～0.2mm)、小于内滑筒的外径，支撑环外径与外套筒另一端光孔内径相同，支撑环长度为4～6mm。外套筒的保护环和支撑环内端之间的距离与内滑筒长度差为5～10mm。

所述外套筒的内螺纹与内滑筒的外螺纹的螺距均为0.2～0.6。

所述阵列光纤光镊带涂覆层的裸光纤束带着石英管尾部、锥形石英管、平行石英管和阵列光纤光镊锥角穿过导管、保护环、内滑筒和支撑环，阵列光纤光镊的石英管尾部末端位于支撑环内并与之固定连接，阵列光纤光镊的带涂覆层的裸光纤束留在外套筒的支撑环之外；阵列光纤光镊锥角缩在导管内或者伸出导管，平行石英管的主体位于导管内。

转动外套筒，内滑筒随螺纹转动，在外套筒的保护环和支撑环之间沿轴向平移，与之相连接的导管同时沿轴向平移，当内滑筒靠近外套筒的支撑环，导管随之后移，使石英管尾部固定于外套筒支撑环的阵列光纤光镊锥角伸出导管外端，以便光镊使用；与之相似，当反方向转动外套筒，内滑筒靠近外套筒的保护环，导管随之前移，套在锥角上，即阵列光纤光镊锥角缩回导管内，受到导管的完美保护。

本发明的一种阵列光纤光镊锥角的保护装置的安装方法包括如下主要步骤：

ⅰ、导管与内滑筒固定连接

导管与内滑筒清洗后，将导管的任意一端与内滑筒的任意一端连接，二者中心轴线成一直线，偏差小于3丝(0.03mm)。称之为一号组合件。

导管与内滑筒为粘接连接。导管插入内滑筒一端，导管的插入端处于内滑筒内、与内滑筒另一端端面的距离大于0，导管的插入部分的管外壁涂敷环氧树脂胶，之后插入内滑筒，静置待环氧树脂胶固化。

环氧树脂胶固化后，清理一号组合件表面残余的胶。再进行清洗。

粘接前，用汽油将导管与内滑筒清洗干净，放入超声波容器内的酒精溶液中用超声波清洗2～3次，每次50～70秒。

粘接后，将一号组合件放入超声波容器内的酒精溶液中用超声波清洗2～3次，每次50～70秒。

ⅱ、外套筒与保护环固定连接

当外套筒与保护环为一体，即为二号组合件，清洗后直接进入步骤ⅲ；

当外套筒与保护环各为单独零件，保护环固定嵌入外套筒一端，为二号组合件，清洗后进入步骤ⅲ；

外套筒与保护环为粘接连接；保护环的外环面涂敷环氧树脂胶，之后嵌入外套筒，二者一端的端面平齐，静置待环氧树脂胶固化。

二号组合件粘接前、后的清洗与步骤ⅰ相同。

ⅲ、一号和二号组合件组装为三号组合件

一号组合件和二号组合件清洗后，将一号组合件的导管从二号组合件的外套筒与保护环相对的另一端插入，在内滑筒外螺纹表面涂润滑膏，手持导管，使内滑筒旋进外套筒内，从外套筒一端至保护环，反复旋转移动5～10次，直到内滑筒旋转移动时无摩擦噪声，旋转自如，且平顺地旋进旋出。

ⅳ、支撑环的固定连接

支撑环清洗后，在支撑环的外环面涂敷环氧树脂胶，嵌入步骤ⅲ所得的三号组合件的外套筒与保护环相对的另一端光孔内，外套筒和支撑环一端的端面平齐，静置待环氧树脂胶固化。

待环氧树脂胶固化后，清理组合件表面残余的固化环氧树脂胶。

将支撑环先用汽油清洗、再放入超声波容器内的酒精溶液中用超声波清洗2～3次，每次50～70秒；

∨、保护装置与阵列光纤光镊的组装

手持导管，旋转步骤ⅳ所得组合件的外套筒，至内滑筒移至靠近支撑环内端。

将阵列光纤光镊石英管尾部带涂覆层的裸光纤束从导管前端穿入，并从步骤ⅳ所得组合件的支撑环中穿出，拉动裸光纤束，使阵列光纤光镊的石英管尾部通过导管并从支撑环中穿出；将穿出支撑环的阵列光纤光镊的石英管尾部在末端的外表面按支撑环轴向长度涂敷环氧树脂胶，之后将石英管尾部再推入支撑环中，石英管尾部末端面和支撑环外端面持平，静置待环氧树脂胶固化后即完成本保护装置与阵列光纤光镊的组装。

手持导管来回旋转移动外套筒，检查导管的位置；处于保护时，导管完全覆盖阵列光纤光镊锥角，处于使用时，导管能完全露出阵列光纤光镊锥角。

与现有技术相比，本阵列光纤光镊锥角的保护装置和安装方法的优点在于：1、完美地对阵列光纤光镊锥角提供了保护，且可灵活地使阵列光纤光镊锥角伸出导管以便使用，或者缩回导管内以便被保护；为阵列光纤光镊的实际操作和使用提供了便利；2、保护装置结构简单，易于制作、组装与使用。

附图说明

图1为本阵列光纤光镊锥角的保护装置实施例所配合的阵列光纤光镊结构示意图；

图2为本阵列光纤光镊锥角的保护装置实施例(不含阵列光纤光镊)结构示意图；

图3为本阵列光纤光镊锥角的保护装置实施例与阵列光纤光镊组装后、导管覆盖阵列光纤光镊锥角提供保护时的示意图；

图4为本阵列光纤光镊锥角的保护装置实施例与阵列光纤光镊组装后、阵列光纤光镊处于使用状态时阵列光纤光镊锥角伸出导管的示意图。

图中标号为：

1、阵列光纤光镊锥角，2、平行石英管，3、锥形石英管，4、石英管尾部，5、带涂覆层的裸光纤束，6、导管，7、保护环，8、内滑筒，9、外套筒，10、支撑环。

具体实施方式

阵列光纤光镊锥角的保护装置实施例

本阵列光纤光镊锥角的保护装置实施例，所配合的阵列光纤光镊为拉锥成型的阵列光纤光镊，如图1所示，包括依次连接的光纤光镊锥角1、平行石英管2、锥形石英管3和石英管尾部4，通过光纤熔融拉锥工艺拉制后的光纤束被石英管约束于锥角内，相对于阵列光纤光镊中心线对称，带涂覆层的裸光纤束5留在石英管尾部4之外。

本例的阵列光纤光镊为拉锥成形的4芯2×2阵列光纤光镊，本例阵列光纤光镊锥角1为35°，阵列光纤光镊锥角1长度5mm，拉锥后平行石英管2长60mm，外径1mm，锥形石英管3长5mm，最大外径1.2mm，石英管尾部长8mm，外径1.2mm。

本例阵列光纤光镊锥角的保护装置，未组装阵列光纤光镊时如图2所示，包括导管6、外套筒9和内滑筒8，三者中心线为同一直线。

本例导管6为不锈钢管，其长61mm，内径为1.5mm，外径1.8mm。

本例外套筒9的内螺纹与内滑筒8的外螺纹相配合且二者啮合，外套筒9的内螺纹为m2.5mm,内滑筒8的外螺纹也为m2.5mm，螺距均为0.5mm。

内滑筒8位于外套筒9内，二者相对旋转且在轴向平移。本例内滑筒8的内径为1.8mm，长度为8mm。导管6后端固定连接于内滑筒8前端。

本例外套筒9内两端为光孔，分别为保护环7和支撑环10。

本例外套筒9的一端直接加工为光孔的保护环，保护环7内径2mm，轴向长度2mm。

支撑环10固定嵌于外套筒9的另一端，支撑环10内孔为光孔，长度为5mm，内径1.3mm，外径2.5mm。

外套筒9的保护环7和支撑环10内端之间的距离与内滑筒长度差为6mm，也就是内滑筒8轴向移动距离为6mm。

所述阵列光纤光镊带涂覆层的裸光纤束5带着石英管尾部4锥形石英管3、平行石英管2和阵列光纤光镊锥角1穿过导管6、保护环7、内滑筒8和支撑环10，阵列光纤光镊的石英管尾部4末端位于支撑环10内并与之固定连接，阵列光纤光镊的带涂覆层的裸光纤束5留在外套筒9的支撑环10之外。阵列光纤光镊锥角1缩在导管6内或者伸出导管6，平行石英管2的主体位于导管6内。

转动外套筒9，内滑筒8随螺纹转动，在外套筒9的保护环7和支撑环10之间沿轴向平移，与之相连接的导管6同时沿轴向平移，当内滑筒8靠近外套筒9的支撑环10，导管6随之后移，使石英管尾部固定于外套筒9支撑环10的阵列光纤光镊锥角1伸出导管6外端，以便光镊使用；与之相似，当反方向转动外套筒9，当内滑筒8靠近外套筒9的保护环7，导管6随之前移，套在锥角1上，即阵列光纤光镊锥角1缩回导管6内，被导管6保护。

阵列光纤光镊锥角保护装置的安装方法实施例

本阵列光纤光镊锥角保护装置的安装方法实施例，即为上述阵列光纤光镊锥角的保护装置实施例的安装方法，包括如下主要步骤：

ⅰ、导管6与内滑筒8固定连接

用汽油将导管6与内滑筒8清洗干净，放入超声波容器内的酒精溶液中用超声波清洗2～3次，每次50～70秒。

将导管6的任意一端与内滑筒8的任意一端粘接连接，称之为一号组合件。导管6插入内滑筒8一端，导管6的插入端处于内滑筒8内、与内滑筒8另一端端面的距离大于0，导管6的插入部分的管外壁涂敷环氧树脂胶，之后插入内滑筒8，静置待环氧树脂胶固化。

导管6与内滑筒8中心轴线成一直线，偏差小于3丝(0.03mm)。

环氧树脂胶固化后，清理一号组合件表面残余的胶。

将一号组合件放入超声波容器内的酒精溶液中用超声波清洗2～3次，每次50～70秒。

ⅱ、外套筒与保护环固定连接

本例外套筒9与保护环7为一体，即为二号组合件，将二号组合件放入超声波容器内的酒精溶液中用超声波清洗2～3次，每次50～70秒。

直接进入步骤ⅲ；

ⅲ、一号和二号组合件组装为三号组合件

将一号组合件的导管6从二号组合件的外套筒9与保护环7相对的另一端插入，在内滑筒8外螺纹表面涂润滑膏，手持导管6，使内滑筒8旋进外套筒9内，从外套筒9一端至保护环7，反复旋转移动5～10次，直到内滑筒8旋转移动时无摩擦噪声，旋转自如，且平顺地旋进旋出。

ⅳ、支撑环10的固定连接

将支撑环10先用汽油清洗、再放入超声波容器内的酒精溶液中用超声波清洗2～3次，每次50～70秒；

在支撑环10的外环面涂敷环氧树脂胶，嵌入步骤ⅲ所得的三号组合件的外套筒9与保护环7相对的另一端光孔内，外套筒9和支撑环10一端的端面平齐，静置待环氧树脂胶固化。

待环氧树脂胶固化后，清理组合件表面残余的固化环氧树脂胶。

∨、保护装置与阵列光纤光镊的组装

手持导管6，旋转步骤ⅳ所得组合件的外套筒9，至内滑筒8移至靠近支撑环10内端，如图2所示。

将阵列光纤光镊石英管尾部4的带涂覆层的裸光纤束5从导管6前端穿入，并从步骤ⅳ所得组合件的支撑环10中穿出，拉动裸光纤束5，使阵列光纤光镊的石英管尾部4通过导管6并从支撑环10中穿出；将穿出支撑环10的阵列光纤光镊的石英管尾部4末端长度5mm的外表面涂敷环氧树脂胶，之后将石英管尾部4再推入支撑环10中，石英管尾部4末端面和支撑环10外端面持平，静置待环氧树脂胶固化后即完成本保护装置与阵列光纤光镊的组装。

手持导管6来回旋转移动外套筒9，检查导管6的位置；如图3所示，处于保护时，导管6完全覆盖阵列光纤光镊锥角1；如图4所示，阵列光纤光镊使用时，导管6退后，阵列光纤光镊锥角1完全露出。

上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。