生物传感中平板光波导模式研究

为提高生物传感探测的灵敏度和响应速度,基于平面光波导理论,运用消逝场原理在生物传感领域的应用,在相同条件下比较了平面波导单模和多模2种模式下消逝场区域能量的大小,并且用VC和Matlab工具模拟论证单模能量高于多模。理论计算表明：单模和多模的荧光效率分别为5.83%和1.75%,在此计算中单模的荧光效率比多模的高。因此,在生物传感及其相关应用中,选用平板光波导的单模模式具有一定的优越性,为实际设计提供了理论依据。     

扫描近场光学显微镜探针与光场相互作用的分析

采用时域有限差分方法对镀金属膜光纤探针在近场光探测中对光场产生的扰动和相互作用过程进行了数值分析。选择纳米孔径的隐失场光场和镀金属膜光纤探针建立了近场光探测的理论模型,讨论了探针孔径尺寸、扫描高度等因素对光场探测的影响,以及测量光场与初始光场之间的关系等。研究结果表明,当探针孔径尺寸与待测纳米孔径尺寸相当,探针扫描高度在接近探针孔径尺寸的一半时,测量得到的光场分布数据能够准确描述初始光场分布。     

Near field optics and light confinement

By exploring the surface of an illuminated object at a very short distance by means of a subwavelength detector, it is possible to reconstruct images whose resolution is beyond the diffraction limit. This opportunity due to the properties of near fields can be explained in terms of non radiating field detection. Such a detection is the basis of near field microscopy. In this communication emphasis will be put on some fundamental aspects of the new concept of non radiative optics such as the relation between Rayleigh criterion and Heisenberg principle and the notion of light confinement. Some proposals of non radiative transfers will be evoked.     

基于倏逝场耦合的石墨烯波导光传输相位特性仿真与实验研究

石墨烯材料应用到各种光波导器件中正成为新一代光子器件的重要发展方向之一,目前基于石墨烯的光纤和集成光子器件研究越来越受到国内外的重视. 本文建立了一种由微纳光纤耦合光倏逝场,并在石墨烯薄膜中传输的模型. 通过有限元分析法,研究了光在这种石墨烯波导中传输光场的强度分布和相位特性,并通过实验进行了验证. 结果表明,沿着微纳光纤-石墨烯光波导传播的倏逝场的强度分布和相位均受石墨烯材料作用,石墨烯材料能有效聚集和导行波导中传输的高阶模,在单位传输长度上具有更密集的等相位面. 本文提出了一种利用微纳光纤耦合光倏逝场研究石墨烯相位响应特性的新方法,对基于石墨烯波导的新型调制器、滤波器、激光器和传感器等光子器件的设计和应用具有一定的参考意义. 关键词： 石墨烯平面光波导 倏逝波 光场强度 相位     

基于波导模式变换的圆波导TE62模式激励器的研究

基于不规则波导模式匹配法以及缓变波导中电磁波模式耦合理论,研究了一种W波段圆波导TE₆₂模式激励器. 该波导模式激励器采用矩形波导TE₁₀模式通过侧壁耦合馈入同轴波导,利用同轴波导的选模特性激励TE₆₁模式;随后利用轴向半径周期微扰的圆波导实现TE₆₁–TE₆₂模式变换. 文中推导了矩形-同轴波导模式匹配理论,系统研究了波导结构缓变参数对模式变换效率的影响,完成了模式变换器的优化仿真设计,数值计算结果表明：中心频率处TE₆₂模式的转换效率为94.5%,纯度为98.16%,效率85%以上带宽达到1 GHz,能够满足回旋管冷测的要求. 关键词： 同轴波导 模式变换 耦合模理论 半径微扰     

用时阈有限差分方法研究光纤微探针近场分布特性

采用三维时间域有限差分（FDTD）方法研究了扫描近场光学显微镜中光纤微探针的近场分布特性,研究结果表明,锥形裸光纤探针的近场光中,以从探针锥变区侧面泄露的光即传播场为主,当在探针的侧面镀上一层金属膜对于从侧面泄露的光具有较好屏蔽效果,因而比裸光纤探针具有更好的空间束缚能力,无论是裸光纤探针还是金属膜探针,入射偏振光从针尖出射手发生了退极化现象,近场分布中产生与入射光偏振方向垂直的其它两个电场分量,而且金属膜探针的退极化分量对近场分布的影响比裸探针显著得多,如果在近场成像中接收退极化分量而不是总场则可以提高近场成像的对比度,还详细地分析了微探针的近场分布特征与退极化之间的关系。     

近场研究表面等离子体在银纳米线上的传输

通过双探针近场光学扫描显微镜在银纳米线上实现近场激发和近场收集表面等离子体,用一个探针在银纳米线的一端近场激发表面等离子体,另一个探针近场探测银纳米线上的表面等离子体强度分布,得到强度分布图.强度分布图显示表面等离子体在银纳米线的一端被有效激发并且有一部分表面等离子体沿着银纳米线和基底的界面传播到了另一端.用有限元法对银纳米线内的传播模式进行数值模拟,结果显示银纳米线内存在两种表面等离子体传播模式,分别为基模和高阶模.沿着银纳米线和基底介质之间传输的基模表面等离子体由于传输环境稳定,散射损耗小,实际传输长度接近模式传输长度,达10μm以上;而高阶模表面等离子体由于部分裸露在空气中受表面缺陷散射的影响,散射损耗大,实际传输长度远小于模式传输长度.研究表明:以能量高度束缚的基模表面等离子体作为载体,不仅可以实现低损耗传输,还可以减小集成器件之间的信号串扰,有效提高信息传输的安全性,在集成光学中具有重要应用.     

Near-field optical microscopy of nonlinear susceptibilities

Local probing of second-order susceptibilities with a near-field optical microscope is demonstrated for the first time. Using an uncoated fiber tip as a light source, near-field images of a surface of y-cut LiNbO₃ crystal and of a multilayer Langmuir–Blodgett film of 2-docosylamino-5-nitropyridine are obtained at the fundamental pump and second harmonic wavelengths while simultaneously recording surface topography. It is shown that optical second-harmonic images for different polarizations of the pump light reflect the difference in magnitude of the corresponding components of the second-order susceptibility tensor. Various degrees of correlation in contrast of optical (fundamental and second harmonic) and topographical images are observed and discussed.     

扫描近场光学显微镜光纤锥中导波反射特性

利用局部模耦合模型理论上分析了扫描近场光学显微镜光纤的光场性质,给出光纤维中存在的正,反向传播的基模场微分方程,以及基模反向耦合系数的数值计算结果,其最高反射系数达１％左右。这种反射光可起着光纤维激光器谐振腔输出端镜的作用。     

Atom waveguide and 1D optical lattice using a two-color evanescent light field around an optical micro/nano-fiber

We propose a two-color scheme of atom waveguides and one-dimensional （1D） optical lattices using evanescent wave fields of different transverse modes around an optical micro/nano-fiber. The atom guide potential can be produced when the optical fiber carries a red-detuned light with TE01 mode and a blue-detuned light with HEll mode, and the 1D optical lattice potential can be produced when the red-detuned light is transformed to the superposition of the TE01 mode and HE11 mode. The two trapping potentials can be transformed to each other for accurately controlling mode transformation for the red-detuned light. This might provide a new approach to realize flexible transition between the guiding and trapping states of atoms.