直锥形光纤传输性质的研究

光纤通信的发展日新月异,光纤在信息的传输方面起着越来越重要的作用。通过把传输光纤的一端拉制成锥形,研究了光信号在锥形光纤中的传播行为。根据标量波动方程,运用高斯近似法,从理论上说明了光信号在锥形光纤中的传输特性和能量损耗,分析了光功率在光纤中的分布、光纤中基模场的模半径与光纤芯径的关系、光纤中光的传输模式与光纤芯径的关系、锥形光纤的传输效率与锥形光纤尖端直径的关系等。在实验上,用剪断法测量了锥形光纤的传输效率随锥形光纤圆锥角的变化关系。通过选取一系列锥角的大小,测出相应的传输效率,作出传输效率曲线;并用具体数据进行半定量计算,得出锥形光纤顶端锥体的角度及其变化愈大愈光滑,锥形过渡区越短,传输效率就越高的结论。

楔形光纤与半导体激光器的耦合研究

结合半导体激光器的特点,通过对高斯光束发散特性的分析,得到激光器的模场分布特点,指出与激光器最佳耦合的光纤外形为楔形光纤,楔形光纤的楔角与尖端半径决定着耦合效率。实验表明,楔形光纤与半导体激光器的耦合效率明显优于尖锥形光纤与半导体激光器的耦合。用楔角为104°,尖端半径为3.3μm的楔形光纤进行测量,测得最大耦合效率达到87.2%。

具有表面增强拉曼光谱光纤探针的研究

以普通的石英光纤为材料,用管腐蚀的方法制备出光纤探针,在管上镀一层银膜后,可构成具有表面增强特性的管状光纤探针.将拉曼光谱仪与自制的光纤探针结合起来,建立了增强型微区拉曼光谱分析系统,测量了几个具有代表性样品的拉曼光谱,实验表明该装置样品浓度检测下线为10-9mol/L.

悬臂式光纤探针的传光特性研究

根据标量波动方程 ,运用高斯近似法 ,从理论上说明光信号在悬臂式光纤探针中的传输特性和能量损耗 ,并用自制探针的具体数据 ,求出由于弯曲造成的光场偏移量 ;用实验方法测量悬臂式探针的传输效率随光纤圆锥角的变化关系 ,作出传输效率曲线 ,理论分析和实验测量相吻合。

锥形光纤间的耦合特性

将通信光纤的末端拉制成锥形 ,利用光信号在光纤锥形区特有的传输和耦合特性 ,实现了光纤的耦合、连接和分束 用耦合模理论分析了锥形光纤间的传输和耦合性质 。

锥形光纤的偏振特性

随着光通信技术的不断发展,光纤的应用越来越广泛,而锥形光纤以其独特的传光方式越来越多地应用于光纤连接、成像及测量等领域。实验测定了不同锥角和不同长度锥形光纤的偏振特性。理论上,根据麦克斯韦方程组以及边界条件给出了光在理想光纤中的场分布,阐明了实际光纤中光的传输特性。论证了锥形光纤长度与其偏振特性的关系,进而利用几何光学方法对锥形光纤锥角与其偏振特性的关系作了定性说明。并用具体数据进行了定量计算,得出偏振光经锥形光纤传输或耦合后再传输到其终端所得到均是椭圆偏振光的结论。

高透过率、高分辨率纳米微探针的制备

介绍了一种用于近场扫描光学显微镜(SNOM)中的高透过率光纤探针的制作方法。采用氢氟酸腐蚀低掺杂的普通单模石英光纤,选取适当比例的腐蚀液,并通过激光消融的方法得到直径、圆锥角均十分理想、表面光滑的针尖,所获探针直径变化范围为80～200nm,锥度40°～81°,透过率3.5×10-3。

STM光纤探针的研制

以普通的石英光纤为材料运用腐蚀-熔拉-腐蚀复合的方法制备出光纤探针,而后在针尖表面镀上一层数十nm厚的金属膜。达到导电性,使其能传导隧道电流,并在STM上取得了理想的测试结果。

变温腐蚀法制备纳米光纤探针

通过改变温度,用腐蚀的方法制备出用于近场光学显微镜的光纤探针。通过控制光纤在不同温度的腐蚀液中腐蚀的时间,制备出多种形貌的光纤探针,所制作探针的锥形过渡区短而锥角大。该法具有重复性高、探针形貌可控、操作方便、实验费用低廉、制备的探针表面光滑等优点,利用该方法成功地制备出针尖尺寸50～300nm、针尖锥角在40°～74°可调的光纤探针。将制备的探针用于扫描全息光栅(500线/mm),结果在40mm范围内扫描有20个周期,与全息光栅的标定结果相符。

纳米楔形光纤探针的制备

基于挤压形变的原理,设计了一种用于制备楔形光纤探针的化学腐蚀简易装置。以普通的石英光纤为材料,通过改变自制夹具的松紧程度引起夹具在光纤上挤压力的变化,使光纤发生形变形成楔形,然后用适当比例的氢氟酸腐蚀液,制备出楔形的光纤探针。该法具有重复性高、探针形貌可控、操作方便、实验费用低廉、易于批量生产、受环境的影响较小、获得的探针表面光滑等优点。实验表明,外力越大,挤压形成的光纤楔角越小,楔形光纤顶端的脊越大,楔角为15°～40°,楔脊可达4μm。

探索一种新型光纤连接器

介绍了一种新型的光纤连接器一锥形光纤连接器。利用局域模式耦合理论,分析了单根锥形光纤的传输特性和这种新型光纤连接器的耦合特性,并从实验上测定了由两根锥形光纤组成的锥形光纤连接器的耦合特性,从一定意义上证明了该光纤连接器的可行性,为优化光纤连接器的结构和性能,促进光纤通信事业的发展具有重要意义。

大锥角光纤探针的制备

用熔拉法、腐蚀法、管腐蚀法、熔拉-腐蚀法、激光消融法等制备了光纤探针,对其外形进行了分析比较。熔拉法制作的探针,锥形过渡区细长,并且获得的探针锥角不大(8°～35°)。腐蚀法与管腐蚀法可以使探针的锥形过渡区短,损耗小,锥角大(15°～65°),但在制备更大的锥角光纤探针时,表面开始变得粗糙。拉伸-腐蚀的方法制作光纤探针存在一个变锥度区。激光消融腐蚀法容易获得大锥角的探针,并且表面光滑。

一种两用光纤微探针的研制

以普通石英光纤为材料,运用腐蚀-熔拉-腐蚀复合的方法制备出光纤探针;而后在针尖侧面镀上一层数十纳米厚的金属膜,实现导电性与导光性,使其能传导隧道电流和探测近场光,并在实际测量中取得了理想的测试结果。

一种微透镜阵列的研制

介绍一种利用表面张力的作用、以光纤作材料、用分离的自聚焦透镜制作微透镜阵列的方法 ,这种方法具有制作工艺简单、无须昂贵设备等优点 ,用此方法实际制作了具有良好连续面型的微透镜阵列 ,并对制作的微透镜阵列进行了测试 。

悬臂式光纤探针

悬臂式探针的研制是 SNOM- AFM的重要技术之一。用熔拉—腐蚀相结合的方法 ,将普通单模石英光纤制成直锥型探针。再利用自制的工具在 CO2 激光束下将针尖打弯 ,制成悬臂式探针样品。

传统光学显微镜与近场光学显微镜

近场光学显微镜是对于常规光学显微镜的革命。它不用光学透镜成像 ,而用探针的针尖在样品表面上方扫描获得样品表面的信息。分析了传统光学显微镜与近场光学显微镜成像原理的物理本质和两种显微镜系统结构的异同点。介绍了光纤探针的制作方法。重点讨论了近场探测原理。

新型SERS光纤探针的制备

以单模石英光纤为材料，首先用管腐蚀的方法制备出光纤探针，然后在管表面镀一层银膜，构成具有表面增强特性的管状光纤探针。将光纤探针应用到拉曼光谱仪上，实际测量了几个具有代表性样品的拉曼光谱，实验表明效果较好。

光纤探针传输效率的研究

用实验方法测量了光纤探针的传输效率随光纤圆锥角的变化关系，给出了传输效率曲线。通过测定探针传输效率的实验可以看到，只要光纤探针的锥角在30°～55°范围内，就具有高透过率、高分辨率纳米微探针。测量了传输效率与光波波长的关系。

一种新型的STM探针

以普通的石英光纤为材料 ,用熔拉腐蚀复合的方法制备出 nm量级的光纤探针 ,而后在针尖表面镀上数十 nm厚的金属膜 ,达到导电性 ,使其能传导隧道电流 ,从而研制出一种新型的扫描隧道显微镜(STM)光纤隧道探针 ,在 STM上取得了比较理想的实验结果。本文将光纤隧道探针与金属隧道探针作了比较 。

SFM/SNOM结合的扫描探测显微镜

采用光纤探针的扫描近场光学显微镜 (SNOM)存在某些弱点 ,如探针特别脆 ,不易贴近样品表面扫描 ,探针的转输效率低等。近年来发展了将SFM /SNOM结合起来的扫描探测显微镜。利用微加工工艺技术 ,将小孔集成在悬臂探针中 ,使探针既能批量制备 ,又具有很好的重复性。探针悬臂在垂直于样品表面方向上的弹性常数较小 ,针尖不易损坏。在接触模式中利用这种SFM /SNOM组合探针可将样品的形貌像、摩擦力和光学透射像等信息同时记录下来。对于综合研究样品表面的介观性质十分有利。