光纤探针的制备及其应用基础研究

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zxblovezxh
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
光纤作为一种光波传输媒介,因为其柔性化、高带宽、远距测量等优势在现代科技中得到了广泛应用。由光纤制备而成的光纤探针作为一种微纳米级别的光波导结构,不仅继承了光纤的本征优势,还能在微纳尺度上实现对光信号的调控,顺应了近年来微型化、集成化的发展潮流,在微纳光学领域具有良好的应用前景。然而,由于光纤探针本身的微观结构,其制备工艺往往难以调控,相关器件在微纳尺度下的应用研究也尚未成熟。  针对上述问题,本文主要研究光纤探针的制备工艺以及探针在近场光学显微和光纤表面增强拉曼散射领域内的应用基础,以期丰富发展探针的制备方法并为探针的实际应用奠定前期的基础。本文主要工作如下:  (1)突破传统工艺只能制备单一锥形光纤探针的局限性,提出了能制备多种锥形光纤探针的新方法。分析了常规刻蚀理论的不足,并基于实验结果和各向同性刻蚀理论,对原有模型进行了修正,由此提出一种动态选择性刻蚀方法。通过搭建相关的实验装置进行动态刻蚀,不仅得到了常规的线性裸光纤探针,还能制备出各种非线性的新型裸光纤探针,并对非线性探针成锥的原理进行了详细分析,丰富和发展了光纤探针的制备工艺。  (2)分析了不同锥形光纤探针的出射光场分布,研究了它们对光束的发散和聚焦特性。为了测定由动态选择性刻蚀法得到的新型光纤探针的光学传输性能,搭建了实验平台。通过实验比较了线性锥探针(30°、60°、90°、120°)和抛物线探针的出射光强分布,实验结果表明,光纤探针的锥角越小,出射光线发散特性越显著;抛物线光纤探针比线性锥角光纤探针具有更好的聚焦性能。  (3)针对近场光学显微测量,优化设计了两种抛物线锥形光纤探针的结构。其中,第一种抛物线探针的特点为针尖附近具有一段线性锥形。通过数值模拟研究其通光特性,发现并运用光波导理论解释了通光率会随着波长改变而产生波动这一奇特现象,分析了该现象潜在的应用价值。第二种抛物线探针具有较大开口,且在中心处有一金属纳米天线,能同时实现激发和收集功能,从而简化仪器系统。通过有限元数值模拟发现该探针比传统的Tip-on-Aperture型探针具有更高的场增强因子和收集效率,运用相关理论解释了新型探针具有高性能的原因。  (4)对光纤表面增强拉曼光谱技术的光传输机制进行了应用基础研究。建立了测量中光信号传输特性与各个实验参量之间的关系模型。通过实验,逐一分析了测量过程中光纤背景信号、物镜数值孔径、耦合倾斜角、轴向耦合误差、耦合偏心距、测量模式等参数对探针性能的影响,得到它们对拉曼信号收集强度的影响程度,并给出了拉曼信号强度的经验公式。  (5)基于模式耦合理论,研究了偏心耦合效应对表面增强拉曼散射探针的影响。搭建了相关的实验装置,采用激光还原法在光纤端面集成银纳米颗粒,人为地在光纤耦合端引入不同的偏心距,使得探针活性端具有不同的纳米颗粒分布。通过优化探针制备和测量过程中聚焦光束的偏心距,将信号强度提高近一个数量级。  本文开发了制备裸光纤探针的动态刻蚀法以及在光纤端面集成纳米颗粒的偏心耦合光还原法,并围绕着制备出的探针结构进行了应用基础研究,为光纤探针的实际应用奠定了基础。
其他文献
学位
责任心是个体重要的心理品质之一,是社会公民必须具备的核心品德,责任心在儿童心理发展中具有重要地位,它是儿童个性、社会性品质的重要组成部分,也是儿童心理健康的基本要素
近年来,随着我国的建筑数量和规模的不断扩大,为了降低成本,保证建筑造价的合理性尤为重要.基于此,本文针对提出的建筑造价成本预算成因,重点阐述相关解决对策,期望能够使建
通过对理县薛城幅1:50000地质灾害调查,发现在孟屯河下游发育着由四个数百万至千万方的大型、巨型山体滑坡组成的回龙桥滑坡群,滑坡群在历史上曾形成堰塞湖。由于滑体的推挤,