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新型光波导微环谐振器的研究

新型光波导微环谐振器的研究

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作者：李丹电子科技大学

学位级别：硕士

微环谐振器是一种重要的多功能集成光学器件,它不仅可用于光通信与光信息处理领域来实现滤波、开关、调制、延迟、以及光频梳产生等重要功能,而且微环谐振腔对波长敏感,也可应用于光传感领域实现结构紧凑、灵敏度高的光传感器。除了功... 详细信息

微环谐振器是一种重要的多功能集成光学器件,它不仅可用于光通信与光信息处理领域来实现滤波、开关、调制、延迟、以及光频梳产生等重要功能,而且微环谐振腔对波长敏感,也可应用于光传感领域实现结构紧凑、灵敏度高的光传感器。除了功能的多样性,微环谐振器还具有体积小、灵敏度高、易调谐、易于集成等优点。这些优异的性能使得微环谐振器的研究一直是集成光学器件领域的热点之一。各种微环的构型,包括多环级联、微环与马赫-曾德尔干涉仪的级联、微环与法布里-珀罗干涉仪级联等结构相继提出,同时围绕微环的各种应用研究也持续推进。就微环在传感领域的应用而言,通常希望微环波导与待传感分析物(通常为液体或气体)间有较大的相互作用长度,从而增大传感器的灵敏度,然而这将导致微环周长变长,进而使得自由光谱区(free spectral range,FSR)显著减小,最终导致传感范围减小,因此有必要研究如何在增大微环周长的同时确保微环能实现较大的自由光谱区。除此之外为了使器件小型化,还需要研究如何降低器件的尺寸。本论文即是针对这一应用背景,提出了一种双环谐振的新型光波导微环谐振器,论文的主要内容如下:针对所提出的基于双环谐振的新型光波导微环谐振器,采用信号流程图法建立了它的传输函数数学模型,并在此基础上分析该微环谐振器传输特性。通过与具有相同结构参数的传统单微环谐振器相比,从理论上证实所提出的双环谐振型微环谐振器可增大FSR,为进一步研究双环谐振型微环谐振器的应用奠定基础。接下来从理论上分析了该器件的热光调谐特性和温度传感性能,并进一步地分析讨论了提高传感性能的思路。利用聚合物光波导材料,对所提出的基于双环谐振的新型光波导微环谐振器进行了设计、制作及测试,从实验上进一步验证理论预期的结果。实验研究了所提出的双环谐振型光波导微环谐振器的热光调谐特性及温度传感功能,证实了该器件在实现大测量范围、高灵敏度传感方面的潜力。实验得到的双环温度传感器的灵敏度为147 pm/℃,测量范围为31.5℃。热光调谐的灵敏度为57 pm/mW。

关键词：微环谐振器温度传感热光调谐性能聚合物

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