錐形光纖的傳輸特性及其在光纖探針中的應(yīng)用.pdf

1、由于存在衍射極限，傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡的分辨率受到了限制。新型的近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡的出現(xiàn)使人們的視野尺度由入射波長(zhǎng)的一半擴(kuò)展到波長(zhǎng)的幾十分之一，即納米尺度。在近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡中，細(xì)小的錐形光纖探針取代了傳統(tǒng)光學(xué)中的鏡頭。所以研究錐形光纖的傳輸特性及其耦合效率在光纖探針的實(shí)際應(yīng)用中起到不可磨滅的作用。當(dāng)我們研制在各種環(huán)境下應(yīng)用的錐形光纖時(shí)，要從錐形的形狀來(lái)研究它的耦合效率，這樣我們就可以很容易的解決諸如此類的問(wèn)題：“如何更為有效的加工錐形光纖”

2、和“什么形狀的錐形光纖是我們所需要的”。
　　本文首先從基本理論來(lái)分析光纖的電磁場(chǎng)分布以及它的傳輸性能，文中利用波動(dòng)光學(xué)和幾何光學(xué)兩種基本方法來(lái)分析光波在光纖中的傳播特性。從波動(dòng)光學(xué)的基本方程麥克斯韋方程出發(fā)得到光波模式的分布，再綜合幾何光學(xué)來(lái)分析光在光線中的傳播特性，并對(duì)光纖中的模式及其基本性質(zhì)進(jìn)行初步的討論。然后簡(jiǎn)要的介紹了錐形光纖的制作和錐形光纖的結(jié)構(gòu)特性，接著從兩種不同的角度：當(dāng)光從小端入射大端出射和當(dāng)光從大端入射小端出射

3、，來(lái)分析錐形光纖的傳輸特性，同時(shí)通過(guò)棱鏡展開(kāi)法從入射孔徑角和出光發(fā)散角討論了錐形光纖的傳輸特性并推導(dǎo)出兩者之間的關(guān)系。在當(dāng)今所應(yīng)用的各種光纖除了要考慮它們的傳光特性之外，器件與光纖應(yīng)該具有高效的耦合效率也是非常重要。錐形由于其特殊的結(jié)構(gòu)使其有較高的耦合效率，故在實(shí)踐中常常使用錐形光纖進(jìn)行耦合。本文利用了模式耦合理論來(lái)計(jì)算錐形光纖的耦合效率，通過(guò)采用ZEMAX光學(xué)仿真軟件對(duì)錐形光纖的耦合效率和傳輸效率進(jìn)行仿真，本文從錐形的錐端半徑和錐長(zhǎng)兩

4、種不同的角度，通過(guò)軟件仿真得出錐形光纖的耦合效率。通過(guò)ZEMAX仿真我們還可以得出不同錐端半徑的錐形光纖出光口的周圍能量分布。由于球端面光纖的數(shù)值孔徑角得到了較大的提高，從而耦合效率也得到顯著的提高。本文還將錐形光纖和球端面光纖兩者結(jié)合起來(lái)，使其既具有高耦合效率又有強(qiáng)聚光性。最后介紹了光纖彎曲對(duì)光線在光纖中傳輸?shù)挠绊憽?br>　　經(jīng)過(guò)ZEMAX軟件仿真和數(shù)值模擬得出當(dāng)光光從尖端入射大端出射時(shí)，錐形光纖的耦合效率大大的升高，達(dá)到70％；當(dāng)