新型微流控可调滤波器与偏振分束器的研究

发布时间：2020-09-27 07:54

　　可调窄带滤波器和可调偏振分束器都是光学系统中的重要光功能器件,它们在光信号处理、光学传感和光纤通信等领域中具有广泛的应用价值。首先,本文基于一维亚波长光栅结构提出了一种新型的可调窄带滤波器,利用微流控技术实现了输出波长的动态调控,运用严格模式理论,编写了模拟仿真程序,对其光学性能进行了模拟分析,模拟结果表明,该器件波长调谐范围可达28 nm,其滤波带宽始终小于0.03nm,品质因数Q高达50000。此外,在可调控滤波器的基础上,提出一种高灵敏度液体折射率传感器,该传感器测量范围为1.33~1.41,测量灵敏度可达350 nm/RIU,同时还具有测量精度高、结构简单、测量范围大、测量迅速和易于集成等优势,在生物光子传感和化学检测等技术领域具有广泛的应用前景。其次,针对基于一维亚波长光栅结构可调窄带滤波器存在的偏振依赖性的问题,本文利用二维亚波长光栅偏振不敏感的特性,充分融合了微流控技术调控简单、可调谐范围大的优点,提出了一种与偏振态无关的可调窄带滤波器。对所设计器件的光学性能进行了仿真分析,其仿真结果表明该滤波器的可以对TE/TM两种不同的偏振态实现同步滤波,波长的动态调谐范围可达37 nm,其滤波带宽始终在0.8nm以内,灵敏度S可达336 nm/RIU,品质因数Q高达2000。最后,本文提出了一种新型的微流控可调偏振分束器,该器件基于一维亚波长光栅结构,充分利用了微流控技术卓越的调控性能,在1550 nm的波长处,实现了TE/TM两种偏振态在光栅的反射区和透射区的动态调控。运用了严格模式理论,对该器件的光学性能进行了模拟分析,数值模拟结果表明,当控制微流体折射率为1.43时,该器件的反射消光比可达27.9 dB,透射消光比可达27 dB,当控制微流体折射率为1.53时,反射消光比可达28.5 dB,透射消光比可达29.9dB,同时该器件具有结构简单、调控简便、制作工艺宽容度大等诸多优点,具有重要的科学研究意义。
【学位单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN713;O436.3
【部分图文】：

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图 1.1 基于 LiNbO3 光子晶体的电光型可调控滤波器，X. G. Tang 等人基于“Y”型分支波导结构设计出一2]，器件结构示意图如图 1.2 所示，采用电光性能优异中红色区域）作为 Y”型分支处波导的包层，液晶的，充分利用了液晶的双折射效应和电光效应，实现了 T动态调控，且该偏振分束器具有消光比高、调控响应速光学性能，但该器件的体积较大，同时所需要的调控电的集成。

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图 1.1 基于 LiNbO3 光子晶体的电光型可调控滤波器X. G. Tang 等人基于“Y”型分支波导结构设计出一]，器件结构示意图如图 1.2 所示，采用电光性能优异红色区域）作为 Y”型分支处波导的包层，液晶的充分利用了液晶的双折射效应和电光效应，实现了 T态调控，且该偏振分束器具有消光比高、调控响应速学性能，但该器件的体积较大，同时所需要的调控电集成。

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图 1.3 可调控滤波器的原理图和横截面结构2018 年，F. Meng 等人基于 MMI 波导结构利用向列液晶晶的电光效应设计出一种可调控偏振分束器[4]，通过改变由外部施加的电压改变调控区液晶的折射率，器件的结构示意图如图 1.4 所示，多模区的波导为级联结构，对于 TE 波和TM 波而言，在液晶中的折射率是不相同的，利用液晶的电光效应，可以控制液晶晶轴的取向来控制折射率的变化，在输出端口实现了偏振态的动态调控。

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