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第卷第期光学学报,.
年月,
文章编号:——
基于阵列波导光栅的高精度折射率传感器研究
王有斌黄旭光
华南师范大学光子信息技术广东省高校重点实验室,广东广州
摘要设计和研究了基于阵列波导光栅的高精度折射率传感器。该传感器利用阵列波导光栅的阵列波导区域对
相位差敏感的特性,通过在阵列波导区域挖槽来测量通过沟槽的液体的折射率变化。由于阵列波导之间的相位差
变化会导致输出波导的输入面的最大光强位置的变化,所以通过入射窄带光源并计算其中两个输出波导的功率比
的变化,就可以得到实时的折射率变化。利用傅里叶光学和光波动理论的方法建立数学模型,经过综合考虑各种
因素,设计了合理的参数,通过拟合得到折射率变化和光功率比的解析式。这种方法能够有效地消除仪器的不稳
定性、内部损耗和环境影响带来的测量误差,提高测量精度。
关键词传感器;阵列波导光栅;折射率;傅里叶光学
中图分类号. 文献标识码:./.

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引言迅速的发展。并在传感系统中也逐渐得到应
作为密集波分复用光通讯网络中的用。但很少有人将阵列波导光栅作为传感器件
关键器件,阵列波导光栅由其多功能性、低来使用,其实由于它的阵列波导对相邻的相
损耗、低串扰、高可靠性、尺寸小、设计灵活而得到了位差敏感性,可以将它制成具有高精度的传感器。
广泛应用。器件的研究和制作相应地得到了目前,测量折射率的方法有多种,其中比较有代表性
收稿日期:——;收到修改稿日期:一
基金项目:广东省自然科学基金和广州科技计划资助课题。
作者简介:王有斌~ ,男,硕士研究生,主要从事无源光通信器件及光纤传感等方面的研究。
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导师简介:黄旭光~ ,男,教授,硕士生导师,主要从事微纳集成光通信器件及光纤传感等方面的研究。
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期王有斌等: 基于阵列波导光栅的高精度折射率传感器研究
的是布儒斯特角法。、临界角法或阿贝折光仪、
椭偏仪、干涉法口”、最小偏向角法口。及一√、/去一——.,’
线波导测量法、光波导马赫一曾德尔—。光在平板波导区产
测量法”、表面等离子体共振的反射传感技生夫琅禾费衍射,其输出场: 正好是输入场
术、光纤光栅检测法、菲涅耳的空间傅里叶变换。光波在自由空间可视
反射等方法与技术。但这些方法的测量精度为无损耗传输,这样输入平板波导的输出光场为
都不是很高。阵列波导光栅可以实现光波的复用和
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解复用,是因为不同波长的光束经过阵列波导部分√
后,相邻波导的相位差不同,所以最大光强的位置就式中—/,为入射光所包含的任意波长分量,
会移动。同样地,如果入射光为单色光,但改变阵列和”分别为平板波导的长度和有效折射率, 表
波导的部分折射率,也会使得相邻波导的相位差发示傅里叶变换。对于任意第是个阵列波导的模场横
生变化。因此是相位敏感器件,如果能将此向分布可以用归一化高斯函数表示:
特性应用到传感系统中,将会大大提高传感器的精
一一
确度。√一≮,
利用傅里叶光学、光波动衍射