双面金属包覆波导游标效应研究.pdf

摘 要 光波导是集成光路中限制和传播光的一种元器件。其中双面金属包覆波导与 传统的波导相比具有独特的结构，其衬底和覆盖层均为金属，中间为导波层。由 于在可见及红外光频段，金、银等贵金属的介电常数实部为负数，入射光可直接 由空气经上层金属膜耦合进导波层，即可实现自由空间耦合，无须棱镜和光栅等 耦合结构。当波导层厚度达亚毫米量级时，能激发超高阶导模，此模式对波导层 中的参数改变极其灵敏。为了进一步提高传感灵敏度，本论文提出了基于双面金 属包覆波导的游标效应。具体研究内容如下： 首先，研究了基于双偏振单腔的游标效应，实现了温度的高灵敏测量。将各 向异性的液晶材料注入导波层中，因为材料折射率是偏振相关的，所以当入射光 O 为 的线偏振光时，TE 偏振与TM 偏振两者之间的光程不一样，从而产生不同 45 周期的反射谱，且两者周期差异很小。将两反射谱叠加就会产生具有游标效应的 反射谱，其自由程更大。理论分析了当环境温度发生改变时，导波层中液晶折射 率产生相应的变化，使得具有游标效应的反射谱发生较大的移动。结果表明游标 效应发现其灵敏度得到了较大的提高。 其次，研究了基于波长扫描的游标效应，实现了磁场强度的高灵敏测量。让 光源的激光波长随着时间扫描，并通过电流调节磁场强度，磁光材料的折射率则 会发生相应微小变化，从而引起反射光谱的移动。研究发现，相对于非扫描光谱 图来说，游标效应光谱图移动更大，从而可提高磁场灵敏度传感测量。值得注意 的是，不同的扫描取点会影响磁场传感灵敏度。 关键词：双面金属包覆波导；超高阶导模；游标效应；温度传感；灵敏度 I Abstract Optical waveguide is a kind of component that restricts and propagates light in integrated optical path. The symmetrical metal-cladding waveguide has a unique structure compared with the special traditional waveguide, which substrates and overlays are both metal, and guide wave is in the middle. Because the dielectric constant of precious metals is negative in the visible or infrared such as gold and silver. Meanwhile, the incident light can be coupled directly by air through the upper metal film into the guided wave layer to realize free space coupling. And its structure doesn’t require the coupling of prism and grating. When the thickness of the waveguide layer reaches sub-millimeters, the ultra-high-order guide mode can be excited, which is very sensitive to parameters’ change in the waveguide layer. To boost the sensing sensitivity further, this paper proposes a veriner effect based on symmetrical metal-cladding waveguide. Therefore, the specific research in this paper is as follows: In th