漸變光纖

漸變折射率光纖又稱自聚焦光纖，光纖折射率中心最高，沿徑向遞減，光束在光纖中傳播，可以自動聚焦而不發生色散。適用於多模通信的傳輸。自聚焦光纖的折射率分佈一般採用具有拋物線型的折射率梯度分佈，在自聚焦光纖棒中,光線的軌跡是正弦型的。多模漸變折射率光纖纖芯中的折射率是連續變化的，它隨纖芯半徑r的增加按一定的規律減小。採用漸變折射率光纖的目的是減少多模光纖的模式色散。 ^[1] 

漸變型折射率光纖 折射率沿芯徑從中心向外逐漸變小，包層為一常數的光纖。漸變型又稱梯度型。光在光纖裏是沿着連續彎曲途徑前進的。漸變型光纖中有代表性的是折射率沿徑向按拋物線變化的光纖，這種光纖的色散小，帶寬比突變型光纖大1~2個數量級，適合於中距離的光纖通信系統使用。

相比於普通的單模光纖，漸變折射率光纖（GradedIndexFiber,GIF）的折射率分佈有很大不同，其折射率的分佈是從其纖芯中心處最大n1向外邊緣逐漸減小直至包層恆定不變為n2的折射率，通常情況下單模光纖的直徑為10μm左右，漸變折射率多模光纖的纖芯直徑為62.5μm左右，是普通單模光纖纖芯直徑的6倍，並且漸變折射率光纖還有個明顯的特點是其具有更大的數值孔徑（NA）。

由於漸變多模光纖的折射率的呈拋物線的分佈，光線在漸變折射率光纖中的傳播路徑呈正弦波的形式，並且具有一定的週期性。這種光線的正弦波的傳播週期大小由光纖纖芯半徑和相對摺射率來決定。這種傳播形式非常重要的一點是無論傳播光線的入射角是多少，光線或光線的延長線都將完全會聚到同一個點，形成自聚焦效應。由於光線在纖芯內部按照正弦波的形式週期傳播，如果想要光線在光纖端頭的匯聚，則需要控制漸變折射率光纖的長度約為正弦波週期的整數倍，這加大了光纖錐的製作難度。不同長度的漸變折射率光纖中，光線在外部位置匯聚點不同，因此可以通過調節漸變多模光纖的長度來調節捕獲的工作距離。 ^[2] 

由於漸變多模光纖光線的傳播路徑和其一些自身的優點，本文實驗將採用漸變折射率多模光纖來製作單光纖光鑷錐，以下是漸變多模光纖的一些優點：(1)漸變多模光纖的數值孔徑較大，能使光纖更好的匯聚，並且信號的畸變較小；(2)由於其折射率的漸變分佈，光線在纖芯內部呈正弦波的形式傳播，並且對於不同入射角的光線，都可以使其匯聚到一點上，這有利於細胞的捕獲；(3)光線在光纖內部傳播並且在外部匯聚，使得捕獲細胞的距離變大，並且可以根據改變漸變折射率光纖的長度來改變控制光線在外部匯聚點的位置，從而調節捕獲的工作距離，下節空氣腔的設計正是基於這個原理。同時可以通過特殊的方法，將漸變折射率光纖製作成光纖錐，使得匯聚效果更加的好，利於細胞的捕獲。

但是漸變折射率光纖在在傳輸模式上有一些缺點，其為多模傳輸模式，傳輸性能差，傳輸帶寬窄，因此本文設計的長程光鑷系統中，漸變多模光纖只適用於製作光纖的錐頭，另一端要和單模光纖連接來保證光源激光的傳輸。 ^[2]