文档介绍：天津大学
硕士学位论文
长周期聚合物波导光栅温度、压力传感器设计
姓名:张赟
申请学位级别:硕士
专业:光学工程
指导教师:张德龙
20070601
摘要琇。由于在材料选择、制备工艺、结构类长周期光栅畃琇诠庀朔糯笃髟鲆嫫教够骷⒋阻滤波器、各种光耦合器件、传感器等领域有着较为广阔的应用前景。目前,长周期光纤光栅琇的研究已比较成熟,有一定数量的产品进入实验阶段,研究人员的目光正逐渐转向长周期波导光栅型等方面的优势,波导光栅具有很大的发展潜力。本文主要利用复合平板波导模式理论和矩形波导的有效折射率法,,对的温度敏感性和压力敏感性进行理论分析和数值计算,设计出基于聚合物的温度传感器和压力传感器。本文将复合平板波导模式理论与嘟岷希⒘硕嗖憔匦尾ǖ嫉挠行折射率方法模型。用此模型处理常见的矩形波导结构,对凸起型波导、脊型波导、加载型波导和嵌入型波导的模式特性进行比较,结果表明加载型波导导模和覆盖层模有效折射率相差较大,有利于获得较大的温度和压力敏感性。由辔黄ヅ涮跫频汲鯨舱癫ǔざ晕露群脱沽Φ拿舾行怨剑并对此公式进行分析。结果表明,影响温度敏感性的主要因素是导波层和覆盖层材料的热光效应;而影响压力敏感性的主要因素是导波层和覆盖层的弹光效应,以及导波层的弹性形变。导波层和覆盖层材料折射率较接近时,波导的单模传输条件较宽,获得的温度和压力敏感性也较高。除了材料折射率外,导波层和覆盖层薄膜厚度也是影响敏感性的重要因素,而波导芯层宽度对温度和压力敏感性几乎没有影响。在设计中,一方面要考虑温度和压力敏感性的数值大小饕S赡式色散系数决定怼ǚ矫嬉S呕嗤跫挛露群脱沽γ舾行缘谋戎礡,它反映了对温度敏感和压力敏感相互干扰的抑制作用。数值结果表明,导波层和覆盖层材料的热光系数相差较大的温度敏感性较高,,可以获得../的温度敏感性,同时压力敏感性低于~/。而导波层和覆盖层材料热光系数相同或相近的温度敏感性很小,这种效应主要应用于压力传感器中,以抑制温度的干扰,如以为覆盖层在/衬底上制备加载型波导,可以设计出对温度零敏感、压力敏感性为蒼疨难沽Υǜ衅鳎认钟械腖沽γ舾行蕴岣咭桓鍪考丁Q用杨氏模量小的材料可以提高的压力敏感性,:长周期光栅,矩形波导,聚合物,复合平板波导理论,有效折射率,温度传感器,
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.溅穞二学位论文作者签名签字嗍枷甓翸日签字日期:年‘月矽日签字日期:认刀月独创性声明学位论文版权使用授权书或撰写过的研究成果,也不包含为获得墨盗盘鲎或其他教育机构的学位或证本学位论文作者完全了解苤盗盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。特授权叁盗盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄋ得本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。学位论文作者签名:导师签名:
绯<⒙阆辔黄ヅ涮跫盯粢灰虎鬰蛐第一章绪论长周期波导光栅的特点引言近年来,长周期光纤光栅琇弓鹆斯谕庋究人员的极大兴趣。其工作原理与传统的布喇格光栅珺有着本质的区别:当光栅的周期数十至数百微米对洞笥诠庹さ墓ぷ鞑ǔ删∞他和分别表示光在光纤芯层和包层中传输模式的有效折射率庹可以将光纤芯层中传输的导模詈系桨阈纬砂隳⒃诎阒醒赝虼洹4佣谄渫干涔β使馄字性谌绱岢现一个或若干个功率衰减峰或衰减带ǔ3浦猟B阆辔黄ヅ涮跫牟长莆9舱癫ǔぁ@贸ぶ芷诠庀斯庹さ恼庵衷恚山溆τ糜谘蟹⒐庀通信系统中的关键器件,如带阻滤波浚褪迪植纛锕纤放大器增益平坦化骷@么嗽砘箍裳蟹⒏髦传感器,如折射率、温度、应变、扭曲、弯曲、液位传感器等目前,长周期光纤光栅的传输理论和制备工艺等都已经比较成熟,但光纤光栅只能在掺锗或硼或二者共掺光纤的芯层采用紫外光写入并辅以载氢技术来完成,此外在制备材料和光纤截面几何形状方面也具有很大的局限性,这使得在构成可调器件方面没有更多发展的空间。于是人们开始尝试在平面波导上制作长周期波导光栅琇,来代替=改昀垂谕庋芯咳嗽币丫谡夥矫嫒〉昧顺醪降慕共⒊晒地研制出了器件具有如下一些特点。票腹ひ占虻在制备工艺方面,光纤光栅的制备需要采用紫外光写入技术,主要的设备为⑶。波导光栅主要通过旋涂、烘焙、光刻、腐蚀等工艺进行制备,在超净室即可完成。而长周