基于古斯-汉欣位移效应的波长传感研究

利用双面金属包覆波导在导模共振激发时对古斯-汉欣位移具有极大的增强效应来实现激光波长微小变化的监测.双面金属包覆波导由上层金膜、导波层和下层金膜组成.当导波层厚度为亚毫米尺度时,应用自由空间耦合技术使入射的激光以小角度入射,在满足相位匹配的条件下激发超高阶导模.理论研究表明,当波导的辐射损耗等于本征损耗时,反射光的侧向...     

双面金属铝包覆介质波导测量介质厚度和折射率

利用双面金属铝包覆波导的测量方法,测量了硅片的厚度和折射率。这种方法利用双面金属铝包覆波导的超高阶模的偏振不灵敏和对金属层要求较低的特点,降低了对仪器的要求和测量的成本。同时,由于应用高灵敏的超高阶导模为探针,测量精度较高,结果显示测量精度在1%以内。     

基于古斯-汉欣位移效应的波长传感研究

利用双面金属包覆波导在导模共振激发时对古斯-汉欣位移具有极大的增强效应来实现激光波长微小变化的监测.双面金属包覆波导由上层金膜、导波层和下层金膜组成.当导波层厚度为亚毫米尺度时,应用自由空间耦合技术使入射的激光以小角度入射,在满足相位匹配的条件下激发超高阶导模.理论研究表明,当波导的辐射损耗等于本征损耗时,反射光的侧向位移可达到数百微米,并且此时激发的超高阶导模对波长具有极强的色散能力.通过测量反射光的侧向位移可实现对激光波长变化的实时探测,且具有很高的灵敏度.同时,实验中探测信号只与光束位置相关,可有效避免因光源输出光强的波动带来的干扰.实验测量结果表明对激光波长在859nm附近的分辨率可达到0.2 pm.     

集成光学 集成光学、波导理论

TN252 2006043277亚毫米尺度双面金属波导的超高阶模及其滤波特性研究=Research of ultrahigh-order modes in double metal-clad-ding optical waveguide with submilli meter scale[刊,中]/曹庄琪(上海交通大学物理系,导波光电子器件实验室.上海(200240)) ,陆海峰…∥光学学报.—2006 ,26(4) .—497-500利用真空溅射法在一片亚毫米尺度的光学玻璃平板两面分别镀上不同厚度的金属薄膜,构成一种超厚的双面金属包覆波导,采用自由空间耦合技术实现了这种波导中超高阶导模的激发。由于超高阶导模具有对波长特别灵敏而对偏振不灵敏的特殊性质,…     

亚毫米尺度双面金属波导的超高阶模及其滤波特性研究

利用真空溅射法在一片亚毫米尺度的光学玻璃平板两面分别镀上不同厚度的金属薄膜,构成一种超厚的双面金属包覆波导。采用自由空间耦合技术实现了这种波导中超高阶导模的激发。由于超高阶导模具有对波长特别灵敏而对偏振不灵敏的特殊性质,以此为基础,在实验中演示了可调谐、偏振不灵敏、低损耗(小于0.5 dB)的超窄带(小于0.08 nm)和梳状滤波(通道间隔为100 GHz)。     

利用超高阶导模测量PMN-PT透明陶瓷二次电光系数

以亚毫米尺度的铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)透明陶瓷片为导波层制备了对称金属包覆波导,并利用自由空间耦合技术激发了波导中的超高阶导模.根据衰减全反射(ATR)峰的移动,得到了在波导两侧所施加电压与光强反射率的关系,从而计算了PMN-PT透明陶瓷片的二次电光系数.     

晶体材料电光系数和压电系数的同时测量

利用双面金属包覆波导结构激发的高阶导模是导波层折射率的灵敏函数这一特性提出了一种测量非线性材料电光系数和压电系数的新方法. 该方法利用反射率曲线在不同电压下的移动参量可以直接计算出被测样品的电光系数和压电系数. 理论与实验研究表明, 该方法具有结构紧凑、插入损耗小、整个装置无运动部件、可靠性能高等诸多优点. 预计这一研究在应用压电效应和电光效应制备光电子器件的诸多领域中有极其广泛的应用前景.     

一种分辨力达纳弧度量级的角位移传感新方法

提出了一种测量微小角位移的新方法,该法基于一种金属包覆波导结构,通过棱镜耦合激发空气导波层中的超高阶导模作为灵敏探针。当被测部件发生微小偏转时,空气层厚度和导模的有效折射率也因此改变,从而引起耦合光束的反射光强急剧变动,其变动幅度与部件的角位移量近似成正比关系。对传感的灵敏度进行了数值分析,结果表明导模的有效折射率是影响灵敏度的重要参量。采用一种类似悬臂梁的结构产生可控微小角位移,并以此对平均灵敏度进行了测算,得到的结果与理论预测值符合得较好(相对误差约为3%)。理论和实验结果表明,只要部件的偏转半径达到厘米量级,就可以实现分辨力达10-9rad数量级的角位移传感。     

晶体材料电光系数和压电系数的同时测量

利用双面金属包覆波导结构激发的高阶导模是导波层折射率的灵敏函数这一特性提出了一种测量非线性材料电光系数和压电系数的新方法.该方法利用反射率曲线在不同电压下的移动参量可以直接计算出被测样品的电光系数和压电系数.理论与实验研究表明,该方法具有结构紧凑、插入损耗小、整个装置无运动部件、可靠性能高等诸多优点.预计这一研究在应用压电效应和电光效应制备光电子器件的诸多领域中有极其广泛的应用前景.     

非对称金属包覆左手介质平板波导的微扰分析

基于微扰方法分析非对称金属包覆左手介质平板波导的特性,给出了该波导的复有效折射率的一级近似解,并对波导的传输特性和损耗特性进行了数值模拟.结果表明:非对称金属包覆左手介质平板波导没有零阶模式;TE1模传播系数随波导厚度的增加迅速减小,损耗系数随波导厚度的增加快速增加,达到最大值后又迅速减小;非对称金属包覆左手介质平板波导传输特性相对于左手介质三层平板波导传输特性发生了很大改变,TM1模,TM2和 TE2模式以及更高阶模式在截止厚度附近出现双值现象;特别在二阶及高阶模式中,TE模式相对于TM模式具有高传输低损耗的特性,而以右手介质为芯层的金属包覆波导不具有这一特性.     

基于光波导技术的水中六价铬离子痕量检测

提出了一种基于对称金属包覆波导结构的光学传感器,利用该结构所激发的对导波层折射率虚部极其灵敏的超高阶导模为探针,结合二苯碳酰二肼与六价铬离子的特异性显色原理,对饮水中六价铬离子痕量进行探测.理论与实验结果表明,该分析方法的检测极限是1μg/L,达到了现行国际标准.该方法是一种需样少、耗时短、实时性好、稳定性高和价格低廉的在线检测方法.     

Characteristics analysis of hybrid plasmonic waveguide for low-loss lightwave guiding

It has been experimentally demonstrated that a low-loss guided hybrid mode is supported if a metal strip is embedded in a low index polymer layer surrounded by two high index slabs. In this paper, further numerical analyses on the guided hybrid modes are reported to fully elucidate the characteristics of the hybrid plasmonic waveguide. For a one-dimensional slab structure with a metal film of infinite width, simulation results exhibit that low-loss guided hybrid modes are associated with surface plasmon modes and dual dielectric slab modes. The optical properties of the guided modes are improved by increasing the field intensity which is confined into lossless dielectric layers by decreasing the metal film thickness and increasing the refractive index and thickness of the high-index slabs. The finite element method is used to investigate the lateral mode confinement of the optical guided modes by the corresponding metal strip. By reducing the metal film width, the guided modes are confined in the plane transverse to the direction of propagation and the characteristics are significantly improved. The hybrid plasmonic waveguide can be exploited for long-range propagation-based application such as optical interconnection.     

Transverse magnetic peak type metal-clad optical waveguide sensor

Transverse magnetic (TM) waves in a four-layer slab waveguide structure are studied for optical sensing applications. The structure consists of a semi-infinite substrate, a thin metal layer, a medium with negative permittivity and permeability as a guiding layer, and a semi-infinite layer as a cover. The proposed sensor is operated in reflection mode in which the angular position of the reflectance peak is used to detect small changes in the refractive index of the cover medium. The optimal structure parameters that correspond to the sharpest and highest peak are presented. The results reveal that for aluminum metal layer, a thickness of about 9 nm represents the optimum metal thickness. Moreover, the thickness, negative permittivity, and negative permeability of the guiding layer are found to have great impacts on the performance of the proposed optical waveguide sensor.     

Symmetric surface plasmon resonance sensing structure excited by a planar waveguide

In this paper, we describe a novel waveguide surface plasmon resonance sensing structure, which consists of a symmetric structure and a planar waveguide. The core component is the symmetric structure of the metal layer, tested sample, and metal layer. The refractive index matching condition of this structure can be adjusted through the thickness of the sample. The planar waveguide is used to excite the surface plasmon wave, and then the parameters are tested and analyzed. The surface plasmon wave is excited when glycerin solutions with concentrations of 0%–70% are used to detect at thicknesses of 300 and 500 nm. The problem that the effective refractive index of the ion exchange planar waveguide is large and using this index to excite the surface plasmon wave between the metal and dielectric for detection is difficult to achieve can be countered by appropriately choosing the thickness of the dielectric in order to be able to measure different refractive indices.     

基于亚毫米尺度金属包覆波导的脉冲展宽

利用自由空间耦合技术,用超短脉冲激发亚毫米尺度对称金属包覆波导中的超高阶导模,提出一种脉冲展宽的新方法。由于超高阶导模的强色散性质,经过短距离的传输,即可使脉冲宽度迅速展宽。理论分析表明,1 ps的光脉冲在光波导中传输毫米量级距离后,脉冲展宽因子可达到1000倍。     

γ辐射对光纤波导电磁场分布的影响

开展了光纤波导中的电磁场传输理论分析,得到了光纤折射率变化对波导中电磁场分布的影响规律,建立了块状融石英材料及光纤光栅在60Co 辐射作用下折射率变化的测量系统,开展了折射率随辐射剂量变化及光纤模场测量实验。结果表明:光纤的折射率随辐射剂量的增加而增大,折射率的变化会引起波导中传输模式的场强分布变化,从而导致光纤的辐射感生波导损耗;在一定的辐射剂量范围（0～2000 Gy）内,光纤仍满足弱导边界条件,能够维持对传输模式的约束能力。     

液晶-金属光子晶体波导的光学特性

运用时域有限差分方法分析了二维液晶-金属光子晶体波导的光学特性。二维正方晶格金属光子晶体波导位于两个电极之间,其背景介质为液晶。通过在电极上施加不同电压,电场诱导液晶取向以改变液晶的折射指数从而改变光子晶体的带隙结构。数值计算结果表明:通过外界电场控制所填充的向列相液晶的方向可以对这种金属光子晶体波导的光学特性进行调节,该波导可用于制作光子晶体光开关等光学器件。