中紅外金屬包覆波導(dǎo)的超高階模特性研究.pdf

1、近年來，集成光子學(xué)的研究從近紅外波段逐漸延伸到了中紅外波段，中紅外波導(dǎo)的特性研究與應(yīng)用也成為了目前中紅外波段集成光學(xué)器件的熱點。金屬包覆波導(dǎo)可以在中紅外波段激發(fā)出對波長、波導(dǎo)厚度、材料折射率具有高敏感性的超高階模式，同時高階模式具有等效負(fù)向古斯?jié)h欣位移增強(qiáng)效應(yīng)。因此，對金屬包覆波導(dǎo)的超高階模特性進(jìn)行研究后，設(shè)計傳感器等光學(xué)器件，將在材料分析、環(huán)境監(jiān)測、水體成分檢測等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。
　　本文在上述背景下，分析討論了基于金屬

2、包覆波導(dǎo)的超高階模特性的中紅外傳感器的設(shè)計方法，并通過工藝手段和實驗測試對高階模特性進(jìn)行了驗證，具體內(nèi)容分為以下幾個方面:
　　1、將金屬的復(fù)介電常數(shù)代入一般介質(zhì)平板波導(dǎo)的本征方程，分析了金屬包覆波導(dǎo)的模式理論，討論了波導(dǎo)層厚度至毫米量級，得到了有效折射率接近于0的高階模式，及其折射率、波導(dǎo)厚度和波長對高階模式特性的影響。根據(jù)高階模式的高敏感特性設(shè)計了兩種中紅外傳感器件，根據(jù)監(jiān)測接收光的吸收峰實現(xiàn)傳感功能。
　　2、根據(jù)實驗

3、條件和要求，采用硫系玻璃材料設(shè)計加工了中紅外棱鏡，搭建了基于5.4μm中紅外光的實驗平臺。利用電子柬和熱蒸發(fā)工藝蒸鍍金屬膜完成波導(dǎo)器件的制作后，針對高階模特性對幾種傳感器進(jìn)行了基礎(chǔ)實驗測試，并將測試結(jié)果和理論結(jié)果進(jìn)行對比，對每種傳感器的性能和優(yōu)缺陷進(jìn)行了分析，并提出改進(jìn)想法。
　　3、分析了高階模的等效古斯?jié)h欣“負(fù)向位移”效應(yīng)，在中紅外波段可實現(xiàn)較大的等效“負(fù)向位移”增強(qiáng)。并對影響等效“負(fù)向位移”因素進(jìn)行分析討論，利用毫米量級的金