長(zhǎng)周期波導(dǎo)光柵折射率傳感特性的研究.pdf

1、平面光波導(dǎo)是集成光學(xué)中最基本、最重要的單元。隨著各種新材料以及新工藝發(fā)展、對(duì)平面光波導(dǎo)的研究工作日益深入,基于平面光波導(dǎo)的有源/無(wú)源器件在通信、傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛。相對(duì)于光纖型器件,平面光波導(dǎo)在材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面具有更大的靈活性,這使其在材料和結(jié)構(gòu)不斷推陳出新的今天,仍具有不容忽視的優(yōu)勢(shì)和不可估量的潛力。
　　本論文對(duì)長(zhǎng)周期波導(dǎo)光柵(Long-Period Waveguide Grating,LPWG)的傳輸特性和折

2、射率傳感特性進(jìn)行了研究。首先,采用耦合模理論,系統(tǒng)地分析了長(zhǎng)周期波導(dǎo)光柵的結(jié)構(gòu)參數(shù)(介質(zhì)層厚度和折射率等)對(duì)于TE、TM兩類不同偏振模式的傳輸特性(如芯層模和覆蓋層高階模之間耦合的諧振波長(zhǎng)以及耦合系數(shù))的影響。由于覆蓋層高階模式的等效折射率會(huì)受到外環(huán)境的影響,進(jìn)而影響與芯層模耦合的諧振波長(zhǎng),因此,通過(guò)觀測(cè)諧振波長(zhǎng)的變化可以考察外折射率的變化。由此,我們討論了長(zhǎng)周期波導(dǎo)光柵作為折射率傳感器的應(yīng)用,即分析了長(zhǎng)周期波導(dǎo)光柵傳輸特性(諧振波長(zhǎng)、

3、模式耦合系數(shù)等)感應(yīng)外界環(huán)境折射率變化的靈敏度。通過(guò)編寫(xiě)仿真程序模擬計(jì)算了波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)LPWG折射率傳感特性的影響,得到了一系列有意義的計(jì)算結(jié)果。
　　文中借鑒長(zhǎng)周期光纖光柵的研究,提出了可以通過(guò)添加折射率增敏層(sensitivity enhancement layer,SEL)來(lái)進(jìn)一步提高LPWG對(duì)環(huán)境折射率的靈敏度。由于高折射率SEL的加入,覆蓋層高階模式發(fā)生重組,進(jìn)而出現(xiàn)等效折射率的跳變。模擬表明,通過(guò)選擇合適的結(jié)構(gòu)