非理想条件下光纤倏逝场的建模与仿真开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

倏逝波通常是指由于全反射而在两种不同介质的分界面上产生的一种电磁波。基于倏逝波理论的应用有许多，如光纤倏逝波生物传感器，光纤探针，表面等离子共振传感器等。其中光纤倏逝波生物传感器是基于光波在光纤内以全反射方式传输时产生倏逝波，来激发光纤纤芯表面标记在分子上的荧光染料，从而检测通过特异性反应附着于纤芯表面倏逝波场范围内的生物物质的属性及含量。随着人们对倏逝波深入了解，倏逝场理论得到广泛的建立和应用。

通过对光纤倏逝场生物传感器的理论分析，发现光在光纤中产生全反射时光波的能量被全部反射回纤芯，包层中不再存在折射光，光在光纤中以全反射的形式向前传播。而实际上，在发生全反射的过程中，光波虽然被完全反射，但是从场量的角度进行分析时，电磁场仍然存在于包层中。根据菲涅尔公式，光波发生全反射过程中，在纤芯和包层的临界面会有电场穿过界面，而此时在界面法线方向的电磁场会以指数形式迅速衰减，其衰减速率与入射角和介质折射率有关。因此，研究非理想条件下光纤倏逝场并对其进行建模与仿真，有助于对应用倏逝波理论的仪器进行改良，同时也可以让倏逝波理论得到更广泛的关注。

美国海军实验研究室报道，通过在每一根光纤探针上结合多种抗体，可以使用raptor同时检测多达8种的分析物。作为光纤倏逝场生物传感器研究的领跑者，近来美国海军实验研究室的ccjung和ew.saaski等人提出了使用函数型外表面的光纤探针以代替直线条的组合锥型光纤探针，由于函数型的光纤探针表面能控制光纤探针中激发光线每一次全反射的入射角，这种方法在效果上比以往各种结构的光纤探针都要好，但由于探针表面的复杂性，使得只能用注模的方法来制造光纤探针，而无法用蚀刻的方法来加工光纤探针注模方法的高成本和复杂性限制了该方法的应用，但它无疑是下一步光纤探针发展的一个重要方向。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：倏逝波理论已经被广泛地研究和应用，然而在实际应用中，倏逝场的理论并不是理想状态，这就在一定程度上影响了实验结果的准确性。为了让倏逝场理论得到更广泛的应用，必须对非理想条件下光纤倏逝场进行研究。

目标：对在折射率不均匀这种非理想条件下的光纤倏逝场进行建模与仿真，并得出正确结果。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，查阅倏逝场理论以及matlab或comsol仿真软件的相关知识。确定方案，完成开题报告。

第4－8周：掌握倏逝场理论，完成非理想条件下光纤倏逝场的理论建模。

第9－13周：完成光纤倏逝场的仿真，给出准确的仿真结果。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 李维，许雪梅，刘茜倩.光纤倏逝波生物传感器系统研究[j].仪表技术和传感器，2009，(3):4-8.

[2] 王擎.偏芯光纤光传输特性研究[d].秦皇岛：燕山大学，2014.

[3] 邓立新.基于倏逝场的光纤生物传感器系统关键技术研究[d].长沙：国防科技大学，2006.