1. 研究目的与意义（文献综述）

21世纪以来，随着光纤通信朝着更加高速、更大容量以及超长距离的方向发展，人们对器件的工作性能以及集成程度的要求不断提高，微型化器件已然成为了当前科学技术研究与应用的重要方向和有力工具。微纳光波导以其独特的优越性成为当前纳米光子学领域的研究热点之一。微纳光纤具有极低的耦合损耗 、粗糙度极低的波导表面、高折射率差的强限制光场、大百分比的倏逝场、极轻的质量和灵活的色散特性等优点，并且损耗小、价格低廉、易于批量生产，在通信、探测、医疗、等领域有着极为重要的作用。

被称为光线光学与纳米技术的完美结合的微纳光纤是一种直径接近或者小于传输光波长的波导。对于微纳光波导而言，表面的光滑程度以及几何结构会直接影响其性能以及传输损耗，所以其制备方法非常重要。相对而言，利用火焰或者激光等加热拉伸玻璃纤维制得的微纳光纤是所有微纳光波导中性能最好的。制备方法一般有自调制拉锥法、火焰烘烤拉伸法、改进的火焰烘烤拉伸法、块状玻璃直接拉制法等物理拉伸方法，虽然每个方法都能顺利制作出微纳光纤，但是每个方法都各有优缺，需要根据自己的应用需要进行进一步的研究探讨，同时其可重复性制作是微纳光纤实用化的关键。

近场光镊对微粒的亚接触、无损伤、无污染的操控，使其成为众多科研领域的重要研究工具，尤其是在生物领域，已经实现了其对细胞、病毒、细菌和dna分子的研究。微纳光纤的强倏逝场被束缚在被拉伸部分的表面附近，形成大的场梯度，产生巨大的光学梯度力，从而用来捕获生物活细胞。基于目前已存在的相关理论，此次课题的主要任务是采用火焰枪将光纤加热软化，同时利用步进电机控制光纤的拉伸，制备出微纳米量级的锥形光纤，并将其用于捕获和操控酵母细胞。

2. 研究的基本内容与方案

本研究的基本内容是设计基于倏逝场的微纳光纤的近场光镊。分析倏逝场，研究光纤拉伸度、拉伸时间与所制备光纤尺寸的关系，利用热拉伸法制备出尺寸在20-50um的微纳光纤，并开展捕获和操控酵母菌的实验，测量不同情况下对酵母细胞的驱动速率。

技术方案：（1）激光光源的选择：对于生物细胞应用的光镊，通常采用波长为0.7-1.06um的近红外激光，因为该激光光子能量小，同时生物体对其吸收很少，减少热效应，避免破坏生物活细胞。

（2）采用热熔拉锥法制备微纳光纤：利用光纤夹具将所选光纤固定在水平位移台上，在气压稳定时采用火焰枪为光纤加热至其软化温度，同时利用步进电机控制光纤左右拉伸，进而在加热部分形成纤腰尺寸在微纳米量级的锥形光纤。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究在热拉伸技术方面的概况，对光纤光镊的制备技术及应用有一定程度的了解。确定方案，完成开题报告。

第4周：深入探讨热拉伸制备微纳光纤的技术方案和原理，了解实验构成，丰富知识储备。

第5－7周：基于热拉伸法制备尺寸在20-50um的微纳光纤，并研究光纤拉伸速度、拉伸时间等对制备的光纤尺寸的影响。

4. 参考文献（12篇以上）

[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,michaelsumetsky,subwavelength and nanometer diameter optical fibers [m],hangzhou:zhejianguniversitypress,2009(chapter 3.1 and 3.2)

[3] f.bayle,j.p.meunier,efficientfabrication of fused-fiber biconical taper structures by a scanned co2 laserbeam technique [j],appl.opt.,2005,44:6402-6411