1．目的及意义

（1）研究目的：微纳光纤是指纤芯直径小于传输光波长的光纤。普通单模光纤的纤芯直径一般是几个微米，因此微纳光纤对光功率的约束能力比普通单模光纤要弱，更多的光功率以消逝场的形式“泄漏”到包层中，导致包层中消逝场的强度大幅度增加，为微小粒子的捕获提供了天然的场所。但是微纳光纤用于粒子捕获时需要了解光纤的场分布情况以及影响场分布的主要因素。因此，研究和讨论微纳光纤中的模式场分布以及能流分布就显得尤为重要。

（2）国内外研究现状分析：

现如今， “三超”——超高速、超长距离、超大容量是光纤通信的发展方向，随着人们对器件工作性能和集成度的要求不断提高，器件集成化和微型化已成为当代科学研究的一个重要标志。微纳光纤具有极低的耦合损耗，波导表面粗糙度极低，倏逝场的百分比较大，并且质量极轻、色散特性灵活，这些优点使得微纳光纤在探测、医疗、通信等很多方面都具有比较大的应用价值，吸引了大量学者的注意。

微纳光纤是微纳尺度上的光纤，而人们对光纤的研究可以追溯到19世纪80年代英国科学家Boys C V等人从高温熔融的矿石中拉出玻璃细丝。20世纪70年代光纤的概念被提出，普通光纤由拉伸预制棒来制备，由此可以得到启示，微纳光纤可以通过普通光纤的拉锥而获得。光波导理论建立起来后，研究者们对微纳光纤的研究开始频繁起来^[1]。对微纳光纤的制备主要有两种方法：拉锥法和刻蚀法。2003年，浙江大学的童利民等人首次提出火焰加热二步拉伸法，在后续研究中又提出了以熔融玻璃为制作材料直接制取微纳光纤的方法，减少了对原材料的要求。此外，还有很多学者通过各种方法制备光学特性良好的高分子材料微纳光纤，比如罗瑛等人用新方法制备光子晶体微纳光纤^[2]。Zhao Jie^[3]，Liu Yifang等人^[4]研究了通过静电纺丝直写法制作微纳光纤，克服拉伸法易受空气污染、重现性差的缺点。

对于微纳光纤性能的研究主要是由其机械特性、传输特性、损耗、模场、色散等几个方面展开。微纳光纤制备之初，童利民等人就测试了微纳光纤的相关特性^[5][6]，并通过求解Maxwell方程计算获得微纳光纤的导波特性^[7][8]，因为微纳光纤芯内外折射率差较大，普通光纤的弱导近似^[9]条件不再适用。郑之伟,任卫红等人采用模式理论和衍射理论分析了微纳光纤芯径与模场、z向能流密度有效模面积和远场强度的关系^[10]。张劲超等人^[11]、张庭^[12]等人结合软件optiFDTD模拟研究了微纳光纤制作过程中光学特性的变化规律^[13]。丁蕊等人^[14]对微纳光纤耦合器的熔融拉制过程进行数值模拟，取得了输出光功率随拉伸长度变化的曲线和光场分布。到目前为止用MATLAB仿真光纤光学特性只是针对弱导光纤^[15]，而这并不适用于微纳光纤。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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1. 研究的基本内容：

本研究课题的工作主要集中在：了解微纳光纤方面的基础知识；学习严格的电磁场矢量模式理论；推导出微纳光纤模场分布以及能流分布公式；熟练掌握MATLAB软件的使用并利用其仿真微纳光纤的场分布以及能流分布，再在此基础上分析讨论光纤尺寸对模场分布的影响。

2. 研究目标：

1)查阅相关文献，学习有关微纳光纤基础知识，学习电磁场模式理论，并推导出模场分布和能流分布公式

2)学习使用MATLAB软件，熟练掌握相关模块的使用，完成仿真

3)总结和分析仿真结果，讨论光纤尺寸对模场分布的影响。