全聚合物SU8光波导制备工艺及其特性研究

对一种全聚合物SU8光波导的制备工艺和波导特性进行了研究.测试结果显示,所制备光波导在1 550 nm的传输损耗为2.01 dB/cm,且具有高的侧壁陡直度.详细研究了光波导制备工艺过程中前烘温度和时间、光刻时间、后烘温度和时间以及显影时间等工艺参数对波导质量的影响,给出了4.5 μm×4.0 μm尺寸单模波导制备的优化工艺.讨论了采用稀释后的SU8材料所制备的光波导出现侧蚀的原因以及改进的方法.     

铌酸锂晶体波导散斑温度传感器的研究

采用飞秒激光直写技术在铌酸锂晶体中写入圆柱形包层光波导,利用激光在波导中传输所产生的散斑,基于平均散斑强度变化算法实现了对外界温度的传感,并验证了波导芯径对传感灵敏度的影响。实验证明,该传感器对温度的传感精度可达0.05℃,其动态范围可达20℃,且芯径为60μm的光波导较30μm光波导的传感灵敏度更高。该方案凭借晶体波导几何尺寸的特征,有效减小了传感系统的体积,并进一步拓展了晶体波导在集成光学系统中的应用。     

聚合物双环谐振滤波器的研究

设计了一种基于多模干涉(MMI)耦合输入/输出结构的跑道型双微环串联谐振滤波器,并采用紫外光敏聚合物材料SU-8作波导芯层,聚合物CYTOP为下包层,在硅基底上完成了器件的制备.器件的波导端面尺寸为2 μm×1 μm,与设计值相符,扫描电镜显示所制备的器件波导侧壁陡直度较高.直波导传输损耗的测试结果表明,在1550 nm波长,直波导传输损耗约为2.0 dB/cm.测试并获得了多模干涉结构和器件的通光及输出光谱图\.测试结果表明,MMI结构在较宽的波长范围内实现了接近50∶50的功分比,微环谐振滤波器的通光性能良好,实现了滤波功能,器件的自由光谱区FSR实际值约为0.94 nm,与设计参数值很接近.研究结果表明采用聚合物SU-8制备小波导尺寸微环谐振器的器件简便可行.     

基于双光纤光栅的加速度传感探头结构的设计

分布式光纤光栅加速度传感技术对微弱振动测量分析及其故障诊断具有重要的实用价值。采用副载波调频、波分复用技术提出了一种分布式光纤布喇格光栅加速度测量系统,并进行了基于双光纤布喇格光栅的加速度传感探头结构的设计。该传感探头具有尺寸小,质量轻,不受电磁干扰等优点,有较高的测量灵敏度和分辨率,而且能自动消除温度噪声和相位噪声的影响。     

多探头光纤倏逝波生物传感器及其性能研究

利用光纤倏逝波原理,以输出波长为635 nm的半导体激光器为光源,研制成功一台具有5个探头的光纤生物传感器.该传感器5个光纤探头对纯净Cy5荧光染料溶液的检测灵敏度均达0.01 nmol/L,在同一浓度下信噪比的相对标准偏差小于10%,5个探头的信噪比曲线几乎重合,且与商品化生物芯片扫描仪同时检测得到的结果一致;检测到了抗原抗体特异性反应的动态过程.本传感器具有较高的检测灵敏度、良好的响应一致性和生物特异性,可用于多重生物物质的检测.     

条形和脊型SOI波导微环结构传感性能研究

使用时域有限差分(FDTD)方法研究了基于SOI微环谐振腔结构的条形和脊型波导,探究了微环谐振腔应用于生物传感的理论。分析了结构的几何尺寸对生物传感器灵敏度的影响。通过分析条形和脊型波导的模场分布图,解释了条形波导的灵敏度明显高于脊型波导的原因,且随着波导宽度的增加其灵敏度系数的变化遵循相同的趋势。并且,当条形波导取得最高的灵敏度系数时,其横截面是方形的,然而脊型波导的最大灵敏度值对应的却是不完全对称的几何结构。当条形波导的横截面全对称时,灵敏度达到最大值172.3 nm/RIU。     

条形和脊型SOI 波导微环结构传感性能研究

使用时域有限差分(FDTD)方法研究了基于SOI微环谐振腔结构的条形和脊型波导,探究了微环谐振腔应用于生物传感的理论。分析了结构的几何尺寸对生物传感器灵敏度的影响。通过分析条形和脊型波导的模场分布图,解释了条形波导的灵敏度明显高于脊型波导的原因,且随着波导宽度的增加其灵敏度系数的变化遵循相同的趋势。并且,当条形波导取得最高的灵敏度系数时,其横截面是方形的,然而脊型波导的最大灵敏度值对应的却是不完全对称的几何结构。当条形波导的横截面全对称时,灵敏度达到最大值172.3 nm/RIU。     

大偏移量错芯MZI实现较低温度灵敏度的曲率传感

基于光纤大偏移量错芯(large core-offset structure, LCOS)熔接形成的马赫-曾德尔干涉结构(Mach-Zehnder interferometer, MZI),设计了一种具有较低温度灵敏度的曲率传感器。该结构采用GF3光纤作为核心灵敏单元,与两段单模光纤(single mode fiber, SMF)进行LCOS熔接,通过实验对比偏移量和传感光纤长度对温度和曲率灵敏度的影响,得到最佳参数组合实现较低温度灵敏度的曲率传感。实验结果表明,偏移量为20μm、传感光纤长度为10 mm时的LCOS MZI,曲率灵敏度可以达到10.9 nm/m^-1,且温度灵敏度仅为0.9 pm/℃。该传感器具有结构简单、成本低、曲率灵敏度较高和温度灵敏度低的特点,在工程结构、健康监控与人体可穿戴设备等方面具有潜在的应用价值。     

基于光纤内双开口F-P干涉腔的折射率传感器

为了实现高灵敏度液体折射率传感器的高效制备,采用飞秒激光直写技术,在光纤末端刻蚀出矩形凹槽,辅以光纤熔接方法,制备出一种基于光纤内双开口法布里-珀罗(F-P)干涉腔的折射率传感器。该传感器的液体折射率传感灵敏度达到1107.76nm/RIU。讨论了温度对该传感器性能的影响,温度串扰小于0.0025nm/℃;基于海水含盐浓度与折射率的线性关系,探讨了该传感器在海水含盐浓度传感测量方面的应用,灵敏度为0.171nm/(mgmL-1)。结果表明,基于光纤内双开口F-P干涉腔的折射率传感器具有干涉谱对比度高、线性响应良好、灵敏度高、不易受温度串扰、结构紧凑、制备简单高效等优点,在生物、医疗、化学、环境等领域中有着广泛的应用前景。     

一种基于MZI的聚合物光波导加速度计

提出了一种基于马赫增德尔干涉仪（MZI）的聚合物光学波导加速度计。理论推导了MZI结构的传输函数,仿真分析了悬臂梁结构参数与器件灵敏度的关系,制备和测试了基于聚合物材料和柔性衬底的加速度传感芯片。制备得到了4 μm×4 μm单模传输芯层波导的传感芯片。搭建了集成光学加速度测试系统,采用比较校准法对探测器输出电压信号进行标定,实现了传感芯片因施加加速度后输出光强变化的测试,完成了加速度测量。该加速度传感芯片分辨率为10-2 g,动态范围为±2 g。