基于SOI的豌豆型光波導傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著近年來光波導器件的發(fā)展,光波導型傳感器逐漸成為眾多應(yīng)用中具有重要前途的平臺。例如,環(huán)境保護、醫(yī)療診斷、生物制藥等。由于光倏逝波與待分析物在器件表面或環(huán)境媒質(zhì)中的相互作用,硅波導器件被廣泛應(yīng)用于傳感領(lǐng)域中。本論文旨在實現(xiàn)一個基于SOI的高性能傳感系統(tǒng)。
　　完成的工作主要包括以下幾方面:
　　首先,應(yīng)用游標效應(yīng)設(shè)計了一種基于 SOI的豌豆型微環(huán)光波導傳感器(BR-MZI)。運用傳輸矩陣法(TMM),推導了器件的總傳輸譜。同

2、時,依據(jù)MZI結(jié)構(gòu)和豌豆形諧振腔的干涉條件得到了器件結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計要求以及優(yōu)化設(shè)計的方案。并采用MATLAB建模,對該結(jié)構(gòu)進行了數(shù)值仿真和優(yōu)化,并對靈敏度、探測極限、消光比、Q值等性能進行了分析。仿真結(jié)果表明一個尺寸為30×12μm2的傳感結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)高達677.1 nm/RIU的靈敏度、10-6 RIU的探測極限以及469 nm的準自由光譜范圍。
　　其次,以豌豆型微環(huán)光波導傳感器為基礎(chǔ)模型,進一步研究了雙級聯(lián)式、雙載式、雙載-

3、雙級聯(lián)式以及雙通平行信道等各種拓撲及異形結(jié)構(gòu)的傳感器設(shè)計。通過優(yōu)化,拓撲及異形結(jié)構(gòu)的傳感器在靈敏度和器件準自由光譜范圍方面都有更優(yōu)的性能呈現(xiàn)。
　　最后,研究了如何將光從硅納米線波導耦合進光纖中。采用Opti FDTD軟件和Rsoft軟件分別建立了二維和三維光柵耦合器模型,并對它們進行了仿真分析。三維仿真結(jié)果實現(xiàn)了在偏離垂直方向20.5°左右時,約38％的耦合效率。
　　具有高靈敏度和大動態(tài)檢測范圍的新型傳感結(jié)構(gòu) BR-MZ