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1、Theoreticalstudyonopticalforceinmicro/-nanofibersADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：XiaoTongSupervisor：Prof.LiZhiyuanSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分類號(hào)：TN252,TN253,O431學(xué)校代號(hào)：10561學(xué)號(hào)：201520122573華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文微納光纖光力的理論研究作者姓名：肖統(tǒng)指導(dǎo)教師姓名、職稱：李志遠(yuǎn)教授申請(qǐng)學(xué)位級(jí)
2、別：理學(xué)碩士學(xué)科專業(yè)名稱：光學(xué)研究方向：微納光纖端面所受光力論文提交日期：2018年4月18日論文答辯日期：2018年6月5日學(xué)位授予單位：華南理工大學(xué)學(xué)位授予日期：年月日答辯委員會(huì)成員：主席：李潤(rùn)華委員：李志遠(yuǎn)楊中民鄧華秋徐曉摘要微納光纖的尺寸通常是在亞波長(zhǎng)范圍內(nèi)，這使得它具有很多新穎的特性，如：強(qiáng)光場(chǎng)約束、強(qiáng)倏逝場(chǎng)、對(duì)微弱光力敏感、機(jī)械強(qiáng)度高、質(zhì)量小等。現(xiàn)如今，納米科技的高速發(fā)展，使得微納光子器件越來越趨向于微型化、高性能、高集成度。而微納光纖作為構(gòu)成微納光子器件最為基本的構(gòu)件，必定會(huì)在未來占據(jù)重要的地位。微納光纖有眾多研究領(lǐng)域，本文研究的是
3、光機(jī)械領(lǐng)域中的光力。我們采用時(shí)域有限差分法對(duì)微納光纖端面所受的光力進(jìn)行詳細(xì)地研究，具體的研究?jī)?nèi)容如下：1.為了研究不同半徑的圓形微納光纖和不同長(zhǎng)短軸比的橢圓形微納光纖的縱向光力，我們將圓形微納光纖的半徑從275nm變化到375nm，橢圓形微納光纖的長(zhǎng)短軸比從1.1:1變化到1.5:1。發(fā)現(xiàn)微納光纖受到的縱向光光力的大小會(huì)隨著尺寸的變大而變大。最后我們研究了端面附近網(wǎng)格的大小對(duì)端面突變值的影響，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格小于4nm時(shí)，端面突變值達(dá)到了數(shù)值收斂。2.我們通過研究橄欖形微納光纖和傾斜端面微納光纖來分析微納光纖受到的橫向光力。我們得出結(jié)論：當(dāng)微納光纖的對(duì)稱
4、性被破壞時(shí)，會(huì)受到橫向光力的作用。對(duì)稱性破壞的越徹底，所到的橫向光力越大。微納光纖在橫向光力作用下產(chǎn)生的橫向偏轉(zhuǎn)是不容忽略和具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。具體來說，傾斜角為80時(shí)，10mm長(zhǎng)的微納光纖在x方向上的位移可達(dá)50μm。3.我們主要研究了改變光場(chǎng)的偏振和模式對(duì)傾斜端面微納光纖所受光力的影響。仿真結(jié)果表明：當(dāng)改變光場(chǎng)的偏振時(shí)，微納光纖受到光力變化不大，可以認(rèn)為偏振對(duì)微納光纖的受力沒有影響。當(dāng)模式為高階模時(shí)，傾斜端面微納光纖受到的橫向光力有正有負(fù)，這就意味著我們可以通過改變微納光纖傾斜的角度來控制微納光纖的偏轉(zhuǎn)方向。這個(gè)發(fā)現(xiàn)對(duì)微型光機(jī)械器件的研究具有
5、實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：微納光纖；時(shí)域有限差分法；橫向光力；形貌影響IAbstractThediameterofmicro/-nanofiberisusuallyclosetothewavelengthoflight,whichmakesittoexhibitmanynovelfeatures,suchastightopticalconfinement,strongevanescentfield,sensitivetoweaklight,outstandingmechanicalproperties,andsmallweight.Nowadays,
6、withtherapidprogressesinnanotechnology,thereisanincreasingdemandforhigherperformance,denserintegration,andlowerpowerconsumption,whichhasinspiredgreateffortsforminiaturizationofmicro-nanophotonicdevices.Aspotentialbuildingblocksforminiaturizationofphotonicdevices,micro/-nanofi
7、berswillcertainlyplayanimportantroleinthefuture.Thisarticlefocusesontheopticalforceinthefieldofoptomechanics.Weusedthefinite-differencetime-domainmethodtostudytheopticalforceonthemicro-nanofiberendfaceindetail.Themajorresultsforthisresearchisdescribedasfollows:1.Wehavestudied
8、thelongitudinalopticalforceofcircularmicro-nanofibersandellipticalmi
