光波導(dǎo)是集成光路中限制和傳播光的一種元器件。其中雙面金屬包覆波導(dǎo)與傳統(tǒng)的波導(dǎo)相比具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu),其襯底和覆蓋層均為金屬,中間為導(dǎo)波層。由于在可見(jiàn)及紅外光頻段,金、銀等貴金屬的介電常數(shù)實(shí)部為負(fù)數(shù),入射光可直接由空氣經(jīng)上層金屬膜耦合進(jìn)導(dǎo)波層,即可實(shí)現(xiàn)自由空間耦合,無(wú)須棱鏡和光柵等耦合結(jié)構(gòu)。當(dāng)波導(dǎo)層厚度達(dá)亞毫米量級(jí)時(shí),能激發(fā)超高階導(dǎo)模,此模式對(duì)波導(dǎo)層中的參數(shù)改變極其靈敏。為了進(jìn)一步提高傳感靈敏度,本論文提出了基于雙面金屬包覆波導(dǎo)的游標(biāo)效應(yīng)。具體研究?jī)?nèi)容如下:首先,研究了基于雙偏振單腔的游標(biāo)效應(yīng),實(shí)現(xiàn)了溫度的高靈敏測(cè)量。將各向異性的液晶材料注入導(dǎo)波層中,因?yàn)椴牧险凵渎适瞧裣嚓P(guān)的,所以當(dāng)入射光為45^O的線(xiàn)偏振光時(shí),TE偏振與TM偏振兩者之間的光程不一樣,從而產(chǎn)生不同周期的反射譜,且兩者周期差異很小。將兩反射譜疊加就會(huì)產(chǎn)生具有游標(biāo)效應(yīng)的反射譜,其自由程更大。理論分析了當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生改變時(shí),導(dǎo)波層中液晶折射率產(chǎn)生相應(yīng)的變化,使得具有游標(biāo)效應(yīng)的反射譜發(fā)生較大的移動(dòng)。結(jié)果表明游標(biāo)效應(yīng)發(fā)現(xiàn)其靈敏度得到了較大的提高。其次,研究了基于波長(zhǎng)掃描的游標(biāo)效應(yīng),實(shí)現(xiàn)了磁場(chǎng)強(qiáng)度的高靈敏測(cè)量。讓光... 

【文章來(lái)源】：江西師范大學(xué)江西省

【文章頁(yè)數(shù)】：52 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

（A）表面等離子共振傳感器(B)共振鏡傳感器(C)單面金屬覆蓋波導(dǎo)傳感器(D)

（a）強(qiáng)度傳感（b）GH位移傳感

雙面金屬包覆波導(dǎo)游標(biāo)效應(yīng)研究5光學(xué)傳感器中運(yùn)用的光學(xué)游標(biāo)效應(yīng)是建立在游標(biāo)效應(yīng)的基礎(chǔ)上。先簡(jiǎn)單介紹下游標(biāo)效應(yīng)。游標(biāo)效應(yīng)是一種很常見(jiàn)的數(shù)學(xué)原理，在此之前很多人們將它廣泛地應(yīng)用于測(cè)量領(lǐng)域。游標(biāo)效應(yīng)來(lái)源于游標(biāo)卡尺，而游標(biāo)卡尺是數(shù)學(xué)范疇里面用作測(cè)量的物件。它利用主尺與游標(biāo)的微小比例尺差異來(lái)提高長(zhǎng)度的測(cè)量靈敏度，這也就使得儀器的分辨率更高了。游標(biāo)卡尺[13]的工作原理圖如下圖1-3：圖1-3(a)游標(biāo)卡尺結(jié)構(gòu)示意圖(b)游標(biāo)卡尺工作原理圖圖1-3(a)結(jié)構(gòu)中，游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)由主尺和副尺形成。仔細(xì)觀察游標(biāo)卡尺結(jié)構(gòu)圖中主尺最小刻度值為1mm，而副尺則0.9mm，主尺和副尺最小刻度值相差是0.01mm。那么兩者一組組合差即為新的最小刻度值，有了更小的刻度值變就可以測(cè)量更精密的長(zhǎng)度。這個(gè)原理其實(shí)使用了錯(cuò)位差小量放大法，巧妙利用兩尺的微小差別使長(zhǎng)度分辨率增加，其放大倍數(shù)[13-14]：10mm0.9-11mmM===）（主副尺分度值之差主尺分度值(3)而光學(xué)傳感游標(biāo)效應(yīng)就是將游標(biāo)效應(yīng)和光學(xué)傳感結(jié)合起來(lái)，在光學(xué)中去尋找“主尺”和“副尺”。有了這個(gè)思路，就有人提出了通過(guò)將兩個(gè)光學(xué)傳感器結(jié)合起來(lái)，只要兩個(gè)光學(xué)傳感器的自由光譜不同，就可做為“主副尺”。在長(zhǎng)度測(cè)量中，利用主尺與副尺的刻度間隙差，可以將長(zhǎng)度測(cè)量的靈敏度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。類(lèi)似地，在光學(xué)中，通過(guò)構(gòu)造兩個(gè)光學(xué)共振腔，使其波長(zhǎng)自由程存在微小差異，兩個(gè)光學(xué)共振腔的模式譜疊加后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)自由程更大的游標(biāo)光譜圖。當(dāng)一個(gè)光學(xué)共振腔中的折射率發(fā)生微小變化時(shí)，游標(biāo)光譜圖會(huì)相對(duì)于單個(gè)光學(xué)共振腔的光譜移動(dòng)增加一個(gè)數(shù)量級(jí)，所以被廣泛應(yīng)用于高靈敏度傳感測(cè)量，如上圖1-4為光學(xué)游標(biāo)效應(yīng)原理圖。兩個(gè)光學(xué)傳感器可以產(chǎn)生周期性的鋸齒狀的光波，當(dāng)兩者產(chǎn)生的光波波峰

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]A compact single-polarization erbium-doped fiber laser by exploiting vernier effect[J]. 毛向橋,延鳳平,傅永軍,王琳,彭健,劉利松,簡(jiǎn)水生.  Chinese Optics Letters. 2009(11)
[2]鈮酸鋰晶體的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究[J]. 張旭,薛冬峰.  功能材料信息. 2005(04)
[3]鈮酸鋰晶體的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究[J]. 張旭,薛冬峰.  功能材料信息. 2005 (04)
[4]基于材料壓電特性的傳感器應(yīng)用技術(shù)[J]. 熊剛,馮新瀘,藍(lán)集維.  重慶工業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào). 2003(02)
[5]全反射現(xiàn)象及其在集成光學(xué)中的應(yīng)用[J]. 洪佩智.  物理. 1985(07)

博士論文
[1]雙面金屬包覆波導(dǎo)中的古斯—漢欣效應(yīng)及流體測(cè)量研究[D]. 王賢平.上海交通大學(xué) 2014

碩士論文
[1]光波導(dǎo)中古斯?jié)h欣位移的研究[D]. 郝軍.上海交通大學(xué) 2010



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