錐形光纖的傳輸特性及其在近場(chǎng)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(jì)算了單模錐形光纖錐區(qū)傳輸常數(shù)和光場(chǎng)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(duì)超短脈沖在錐區(qū)的傳輸演化進(jìn)行了研究。另外，結(jié)合錐形光纖在近場(chǎng)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(chǎng)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(lái)分析傳輸常數(shù)和光波場(chǎng)在錐區(qū)的演化情況。通過(guò)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(gè)模式的曲線圖。從特征方程中，計(jì)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??；在拉錐末端，減小得更加迅速。進(jìn)一步改變光波波長(zhǎng)和纖芯包層半徑之比，討論了這兩個(gè)因素對(duì)傳輸常數(shù)的影響。 2.將基模的傳輸常數(shù)代入其模式場(chǎng)的表達(dá)式，模擬出了錐區(qū)光場(chǎng)的分布圖。結(jié)論表明，在“轉(zhuǎn)換點(diǎn)”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(diǎn)”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(shí)的光強(qiáng)很大?！稗D(zhuǎn)換點(diǎn)”之前，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，光強(qiáng)越弱。這表明，波長(zhǎng)較大的光波相比于波長(zhǎng)小的光波，在錐區(qū)中傳輸時(shí)，其能量更容易從纖芯進(jìn)入包層。 3.討論了不同波長(zhǎng)的光波在錐形光纖錐區(qū)中傳輸時(shí)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(shí)延和色散參量，進(jìn)而模擬出不同波長(zhǎng)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(shí)，脈沖的脈寬效應(yīng)不明顯。 4.采用有限時(shí)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(chǎng)分布呈現(xiàn)對(duì)稱的圖樣。該圖樣由入射光波和金屬壁