基于聚合物集成光波導(dǎo)的MZI傳感芯片的研究.pdf

1、相對于溫度傳感(熱光調(diào)制器)和電壓傳感(電光調(diào)制器)應(yīng)用,將聚合物作為無源波導(dǎo)材料用于集成光波導(dǎo)化學(xué)傳感(倏逝波相位傳感)是個新的嘗試.與其它光波導(dǎo)材料相比,聚合物降低了材料及器件的制備成本;對聚合物敏感層具有相對更好的固定作用;有利于在傳感器上同時集成調(diào)制器(電光、熱光)進(jìn)行相位微調(diào).目前,降低器件成本已成為加速集成光波導(dǎo)化學(xué)傳感器發(fā)展和實(shí)用化的迫切需要,研究聚合物光波導(dǎo)化學(xué)傳感器具有重大意義.基于MZI(Mach-Zehnder I

2、nterferometer)傳感結(jié)構(gòu)的巨大發(fā)展?jié)摿?ARROW(Antiresonant Reflecting Optical Waveguide)波導(dǎo)的突出優(yōu)點(diǎn)以及折射儀應(yīng)用的廣闊前景,該文對聚合物ARROW結(jié)構(gòu)的MZI折射率測量芯片進(jìn)行了研究.MZI兩臂光路間的相位差對于MZI傳感器至關(guān)重要,因此它們各自的相位值必須通過精確的模式分析來確定.論文首先對泄漏模式分析方法進(jìn)行了歸納和實(shí)例比較,將Kumar改進(jìn)方法和非均勻有限差分法推廣運(yùn)

3、用于泄漏損耗的計算中,并利用這些方法對聚合物脊形ARROW結(jié)構(gòu)進(jìn)行了完整的模式分析,詳盡描述了泄漏損耗、靈敏度、與光纖的耦合損耗、解耦合距離和最小彎曲半徑的計算方法和分析結(jié)論,給出了波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計步驟和優(yōu)化結(jié)果;然后針對MZI原理上存在的量程和靈敏度相互制約的問題,采用雙MZI結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)雙精度測量,對分束器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,根據(jù)量程以及工作點(diǎn)位置要求對ARROW波導(dǎo)高折射率覆蓋層厚度和參考折射率進(jìn)行了選擇確定,給出了設(shè)計步驟和計算曲線;之后研