錐形光纖的傳輸特性及其在近場光學(xué)顯微鏡中的應(yīng)用.pdf

1、本文的研究集中在錐形光纖的錐區(qū)。從光波導(dǎo)理論出發(fā)，采用數(shù)值方法計算了單模錐形光纖錐區(qū)傳輸常數(shù)和光場分布的變化情況。采用分步傅里葉法數(shù)值求解廣義的非線性薛定諤方程，對超短脈沖在錐區(qū)的傳輸演化進行了研究。另外，結(jié)合錐形光纖在近場光學(xué)顯微鏡中的應(yīng)用，仿真出鍍鋁膜的錐形光纖探針和倒金字塔形光纖探針中光場的分布圖。 1.將錐形光纖錐區(qū)視為三層：纖芯、包層和空氣層，采用雙包層光纖理論來分析傳輸常數(shù)和光波場在錐區(qū)的演化情況。通過引入歸一化傳輸

2、常數(shù)和歸一化頻率，清晰的畫出了各個模式的曲線圖。從特征方程中，計算出基模的傳輸常數(shù)沿拉錐方向的演化情況。結(jié)果表明，在錐形光纖錐區(qū)，傳輸常數(shù)沿光波傳輸?shù)姆较虿粩鄿p小；在拉錐末端，減小得更加迅速。進一步改變光波波長和纖芯包層半徑之比，討論了這兩個因素對傳輸常數(shù)的影響。 2.將基模的傳輸常數(shù)代入其模式場的表達式，模擬出了錐區(qū)光場的分布圖。結(jié)論表明，在“轉(zhuǎn)換點”之前，光波主要以纖芯模在錐區(qū)的纖芯中傳輸，光波能量主要集中在纖芯中；在“轉(zhuǎn)化

3、點”之后，開始出現(xiàn)包層模，能量在纖芯和包層中重新分布；而在拉錐末端，由于包層和纖芯的半徑很小，導(dǎo)致此時的光強很大?！稗D(zhuǎn)換點”之前，波長越長，光強越弱。這表明，波長較大的光波相比于波長小的光波，在錐區(qū)中傳輸時，其能量更容易從纖芯進入包層。 3.討論了不同波長的光波在錐形光纖錐區(qū)中傳輸時有效纖芯面積和非線性系數(shù)的演化情況。并且，由特征方程求出了群時延和色散參量，進而模擬出不同波長的三階、四階色散系數(shù)在錐區(qū)的演化圖。這些都為求解廣義非

4、線性薛定諤方程奠定了基礎(chǔ)。采用分步傅里葉方法求解廣義的非線性薛定諤方程，模擬出了不同脈寬的超短脈沖在錐區(qū)傳輸?shù)膫鬏斞莼瘓D。分析表明：隨著脈沖在錐區(qū)的傳輸，脈寬有一定的展寬，初始脈寬越窄，展寬越明顯。但當(dāng)脈寬大于80fs時，脈沖的脈寬效應(yīng)不明顯。 4.采用有限時域差分法（FDTD）仿真出鍍鋁膜的錐形光纖探針和倒金字塔形探針內(nèi)部光波的演化圖樣。研究表明，在平面波入射的情況下，探針內(nèi)部的光場分布呈現(xiàn)對稱的圖樣。該圖樣由入射光波和金屬壁