基于SOI的豌豆型光波導(dǎo)傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著近年來(lái)光波導(dǎo)器件的發(fā)展,光波導(dǎo)型傳感器逐漸成為眾多應(yīng)用中具有重要前途的平臺(tái)。例如,環(huán)境保護(hù)、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(dǎo)器件被廣泛應(yīng)用于傳感領(lǐng)域中。本論文旨在實(shí)現(xiàn)一個(gè)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(biāo)效應(yīng)設(shè)計(jì)了一種基于 SOI的豌豆型微環(huán)光波導(dǎo)傳感器(BR-MZI)。運(yùn)用傳輸矩陣法(TMM),推導(dǎo)了器件的總傳輸譜。同

2、時(shí),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(jì)要求以及優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案。并采用MATLAB建模,對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值仿真和優(yōu)化,并對(duì)靈敏度、探測(cè)極限、消光比、Q值等性能進(jìn)行了分析。仿真結(jié)果表明一個(gè)尺寸為30×12μm2的傳感結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)677.1 nm/RIU的靈敏度、10-6 RIU的探測(cè)極限以及469 nm的準(zhǔn)自由光譜范圍。
　　其次,以豌豆型微環(huán)光波導(dǎo)傳感器為基礎(chǔ)模型,進(jìn)一步研究了雙級(jí)聯(lián)式、雙載式、雙載-

3、雙級(jí)聯(lián)式以及雙通平行信道等各種拓?fù)浼爱愋谓Y(jié)構(gòu)的傳感器設(shè)計(jì)。通過(guò)優(yōu)化,拓?fù)浼爱愋谓Y(jié)構(gòu)的傳感器在靈敏度和器件準(zhǔn)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(dǎo)耦合進(jìn)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(duì)它們進(jìn)行了仿真分析。三維仿真結(jié)果實(shí)現(xiàn)了在偏離垂直方向20.5°左右時(shí),約38％的耦合效率。
　　具有高靈敏度和大動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍的新型傳感結(jié)構(gòu) BR-MZ