LED作为第四代照明光源,具有节能、使用寿命长、绿色环保、响应速度快等诸多优点,被广泛应用到各个领域中。但因其发散角度较大,LED并不能单独作为高照度光源,光学模组存在的散热问题和尺寸限制同样制约着高照度光源在微小区域内的发展。锥形光纤是一种拉锥处理的特种光纤,其轴向的渐变结构使其具有良好的聚光特性。本文采用单株LED光源与锥形光纤结合的方式,提出了一种获取微小尺度的高照度LED光源的方法。利用蒙特卡洛方法探究了基于锥形光纤LED光源的聚光特性。论文的主要内容包括以下几个方面:首先,介绍了LED光源的光学特性和锥形光纤的传输特点,介绍了蒙特卡洛方法以及利用该方法研究锥形光纤导光特性的基本思想,这奠定了基于锥形光纤的高照度LED光源的传输特性研究的理论基础。其次,基于锥形光纤的聚光特性,提出了一种在微小环境下获取高照度LED光源的方法。通过对阶跃式锥形光纤及锥形螺旋弯曲光纤结构参量的调整优化,获得了光纤出射端光斑照度及发散角度。数值模拟结果显示:阶跃式锥形光纤具有将LED发散光线聚焦到微小平面上的能力,在光纤长度为75 mm,小端包层半径为0.2 mm,大端包层半径为0.5 mm时,光斑照度为0.9925 lm/mm~2,发散角度为62.76度。对锥形螺旋弯曲光纤而言,包层区域内的光损耗会随着传输距离的增大而增加,纤芯部位成为光线传输的主要区域,造成光斑能量以纤芯为中心向外依次递减的形式分布。最后,为了考虑包层结构影响,进一步探究了锥形微结构光纤和锥形无芯光纤的聚光效果。锥形微结构光纤存在区域能量损耗现象,并且随着光纤长度的增大现象变得更明显,损耗区域与包层气孔区域相吻合。当光纤长度达到某一阈值时,光斑形状、能量、发散角度等趋于一致。同比其他类型的锥形光纤,锥形无芯光纤聚光效果最为明显,光斑尺寸同光纤出射端大小相同且光斑能量均匀分布。在无芯光纤长度为200 mm,小端半径为62.5μm,大端半径为125μm时,光斑光照度可达1.98 lm/mm~2,发散角度为68度。