平面光波導(dǎo)型液體折射率傳感的研究.pdf

1、隨著波導(dǎo)制作技術(shù)和精細(xì)加工的快速發(fā)展，平面波導(dǎo)技術(shù)也日益成熟，不僅在光通信領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，而且在傳感方面也逐漸顯示出其應(yīng)用潛力，光波導(dǎo)型傳感技術(shù)被認(rèn)為是在微量采樣測試領(lǐng)域具有很好應(yīng)用前景的技術(shù)之一。折射率是物質(zhì)的重要光學(xué)參數(shù)之一，由折射率能了解物質(zhì)的光學(xué)性能等性質(zhì)，物質(zhì)其他的一些參數(shù)也與折射率密切相關(guān)。在化工、醫(yī)藥、石油等領(lǐng)域中，經(jīng)常要測一些液體的折射率，因此實現(xiàn)液體折射率的準(zhǔn)確測量，在許多研究領(lǐng)域都有重要意義。
　　本文采用KNa

2、++～及AgNa++～離子交換技術(shù)制備了玻璃平面光波導(dǎo)，利用布儒斯特定律測定了玻璃襯底的折射率；通過棱鏡耦合技術(shù)測量了波導(dǎo)各階導(dǎo)模有效折射率的值，用反WKB及逆分析轉(zhuǎn)移矩陣方法擬合得到波導(dǎo)內(nèi)部折射率分布。利用Matlab由分析轉(zhuǎn)移矩陣方法計算了波導(dǎo)的模場分布情況，發(fā)現(xiàn)得到的場分布對稱性差，從而使傳感區(qū)的傳感靈敏度降低，為此提出制作上包層的想法，計算顯示：當(dāng)包層折射率等于襯底折射率時，場分布的對稱性得到很大改善，倏逝場的滲出深度增加，并用

3、實驗驗證了此想法的正確性。根據(jù)以上對波導(dǎo)折射率分布及模場分布的研究，我們提出將棱鏡耦合實驗中的空氣層換為待測液體，使倏逝波的滲出深度增加，以此作為傳感增強(qiáng)的依據(jù)，實現(xiàn)微量液體折射率的測量。根據(jù)理論計算模擬了波導(dǎo)耦合角和包層液體折射率之間的關(guān)系，選出最適合傳感的結(jié)構(gòu)。在實驗上對KNa++～離子交換六小時的E單模波導(dǎo)傳感結(jié)構(gòu)進(jìn)行了液體折射率測量，驗證了波導(dǎo)的耦合角隨包層液體折射率增大而增加的變化趨勢。此種傳感結(jié)構(gòu)有望應(yīng)用到微量液體折射率測量