發(fā)布時間：2018-10-11 08:41

【摘要】：光通信技術(shù)飛速發(fā)展,現(xiàn)代社會對通信速度和容量的需求與日俱增。傳統(tǒng)的電學(xué)信號的處理速度和通信帶寬有局限性。光子集成電路(Photonic Integrated Circuit,PIC)將有源光器件、無源光器件和電子元件集成在一個芯片上,實現(xiàn)信號的開關(guān)、放大和傳感等功能。同時電子器件之間通過光波導(dǎo)高速率通信,相較于電路的傳輸具有信息容量大、通信速率快等特點,提升了電路整體性能。PIC是未來光通信系統(tǒng)和集成電路系統(tǒng)互聯(lián)的技術(shù)方向。光波導(dǎo)傳感器是光子集成電路的重要光學(xué)原件,有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、不受電磁信號影響等優(yōu)勢�，F(xiàn)階段光波導(dǎo)傳感器大多數(shù)是基于無機物襯底上的。有機聚合物材料具有成本低廉的優(yōu)勢,而基于有機襯底的傳統(tǒng)光波導(dǎo)傳感器靈敏度不高。本論文主要研究MZI(Mach-Zehnder Interferometer)波導(dǎo)的器件結(jié)構(gòu),設(shè)計優(yōu)化并制備靈敏度高、工藝簡單、成本低廉的全聚合物光波導(dǎo)傳感器。全聚合物光波導(dǎo)傳感器的芯層波導(dǎo)通過三個表面接觸待測液體,相對于一個表面接觸待測液體的矩形和倒脊型結(jié)構(gòu)靈敏度分別提升5.50,5.24倍�；诖私Y(jié)構(gòu)的非對稱MZI傳感器結(jié)構(gòu)在Y分支的直波導(dǎo)部分設(shè)計曲線結(jié)構(gòu),引入長度差提高靈敏度。經(jīng)過理論優(yōu)化,兩分支長度差為19.8μm時,在折射率為1.470-1.545區(qū)間時,傳感靈敏度達到最大。然后基于光刻和濕法刻蝕工藝制作了這種器件,并使用PMMA薄膜優(yōu)化了封裝工藝。用不同折射率的苯甲醛和乙醇互溶液對器件輸出功率進行測試,得到實際靈敏度為791.0d B/RIU,傳感器分辨率為1.26×10-6RIU。最后,在理論上優(yōu)化了對稱型MZI和非對稱型MZI兩種聚合物傳感器結(jié)構(gòu),將理論傳感靈敏度提高到了1200d B/RIU以上。
[Abstract]:With the rapid development of optical communication technology, the demand for communication speed and capacity is increasing in modern society. The processing speed and communication bandwidth of traditional electrical signals are limited. Photonic integrated circuit (Photonic Integrated Circuit,PIC) integrates active optical devices, passive optical devices and electronic components on a single chip to realize the functions of signal switching, amplifying and sensing. At the same time, electronic devices communicate with each other through optical waveguides at high speed, which improves the overall performance of the circuit because of its large information capacity and high communication rate. PIC is the technical direction of interconnection between optical communication system and integrated circuit system in the future. Optical waveguide sensor is an important optical component of photonic integrated circuits, which has the advantages of high sensitivity, simple structure, fast response speed and no influence of electromagnetic signals. At present, most optical waveguide sensors are based on inorganic substrate. Organic polymer materials have the advantage of low cost, but the sensitivity of traditional optical waveguide sensors based on organic substrates is not high. In this paper, the device structure of MZI (Mach-Zehnder Interferometer) waveguide is studied, and the all-polymer optical waveguide sensor with high sensitivity, simple process and low cost is designed and fabricated. The core waveguide of the full polymer optical waveguide sensor contacts with the liquid to be measured through three surfaces, and the sensitivity of the rectangular structure and the inverted ridge structure of the whole polymer optical waveguide sensor is 5.50 ~ 5.24 times higher than that of one surface contact liquid. The asymmetric MZI sensor structure based on this structure is used to design the curve structure in the straight waveguide of Y branch, and the length difference is introduced to improve the sensitivity. After theoretical optimization, when the length difference between the two branches is 19.8 渭 m and the refractive index is 1.470-1.545, the sensing sensitivity reaches the maximum. Then the device is fabricated based on photolithography and wet etching, and the packaging process is optimized by using PMMA thin film. The output power of the device was measured with benzaldehyde and ethanol solution with different refractive index. The practical sensitivity was 791.0 dB / RIU.The sensor resolution was 1.26 脳 10 ~ (-6) RIU. Finally, two kinds of polymer sensor structures, symmetric MZI and asymmetric MZI, are optimized theoretically, and the theoretical sensing sensitivity is increased to more than 1200 d B/RIU.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP212

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王德強,陳瑋,程繼健;玻璃光波導(dǎo)研究進展[J];材料導(dǎo)報;2000年01期

2 ;光波導(dǎo)參數(shù)測試[J];中國光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)文摘;2007年01期

3 張小龍;;持續(xù)發(fā)展 永不停步——武漢郵電科學(xué)研究院金牌班組、光迅公司產(chǎn)品制造七部光波導(dǎo)器件耦合組專訪[J];烽火科技;2013年05期

4 王德芳;采用硅酸鉍晶體的可程序光波導(dǎo)器件[J];壓電與聲光;1980年06期

5 楊建義，江曉清，，周偉勤，孫一翎，周強，王明華;金屬覆蓋型光波導(dǎo)極化器的分析和設(shè)計[J];光電子·激光;1996年06期

6 劉育梁,王啟明;硅基光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與器件[J];紅外與毫米波學(xué)報;1996年01期

7 楊妹清;未來的光波導(dǎo)器件技術(shù)[J];光機電信息;1997年07期

8 袁明權(quán),胡禮中;任意截面光波導(dǎo)的模式計算[J];光學(xué)學(xué)報;2001年04期

9 柴立群,陳錚;一種光波導(dǎo)的新穎數(shù)值算法的分析[J];量子電子學(xué)報;2001年05期

10 龍彩華,陳抱雪,趙德欣,郭熒,袁一方,磯守;光波導(dǎo)端面耦合自動調(diào)芯儀研制[J];半導(dǎo)體光電;2002年05期

相關(guān)會議論文 前10條

1 李廣波;龍文華;賈科淼;江曉清;王明華;王躍林;楊建義;;玻璃基硅光波導(dǎo)的研制[A];浙江省光學(xué)學(xué)會第九屆學(xué)術(shù)年會暨新型光電技術(shù)青年論壇論文集[C];2005年

2 湯恒晟;李毅剛;段文濤;劉麗英;徐雷;;溶膠-凝膠法制備摻鉺光波導(dǎo)薄膜的研究[A];上海市激光學(xué)會2005年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2005年

3 費旭;萬瑩;崔占臣;;用于制作光波導(dǎo)器件的含氟光刻膠的合成與表征[A];2007年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集（下冊）[C];2007年

4 費旭;胡娟;崔占臣;;含氟聚酯型聚合物光波導(dǎo)材料的合成[A];2005年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集[C];2005年

5 沈浩;李新碗;葉愛倫;;光波微環(huán)形腔的耦合特性及其在光交換網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究[A];2003'全國微波毫米波會議論文集[C];2003年

6 萬瑩;費旭;周金山;崔占臣;;用于制作光波導(dǎo)器件的新型高含氟光刻膠的合成與表征[A];2009年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集（下冊）[C];2009年

7 冷月華;賈連希;胡挺;楊林;楊華軍;;亞微米SOI光波導(dǎo)的模式及偏振特性分析[A];2009年先進光學(xué)技術(shù)及其應(yīng)用研討會論文集（上冊）[C];2009年

8 石邦任;武繼江;孔梅;劉支華;;退火質(zhì)子交換LiNbO_3光波導(dǎo)的模式解[A];全國第十一次光纖通信暨第十二屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會議（OFCIO’2003）論文集[C];2003年

9 解琪;許榮國;范紀紅;楊冶平;楊照金;;Y型光波導(dǎo)分束比和插入損耗測量[A];第十二屆全國光學(xué)測試學(xué)術(shù)討論會論文（摘要集）[C];2008年

10 馮瑩;季家熔;鐘欽;林亞風(fēng);黃宗升;魏文儉;;光波導(dǎo)偏振消光比測試儀[A];第九屆全國光學(xué)測試學(xué)術(shù)討論會論文（摘要集）[C];2001年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 張連;離子輻照光學(xué)晶體及硫系玻璃光波導(dǎo)制備及特性研究[D];山東大學(xué);2015年

2 賈曰辰;介電晶體通道光波導(dǎo)的制備及其激光與二次諧波產(chǎn)生[D];山東大學(xué);2015年

3 何小東;離子液體流體光波導(dǎo)的構(gòu)建及其傳輸特性與光操控研究[D];蘭州大學(xué);2015年

4 仝曉剛;硅基納米光波導(dǎo)諧振腔非線性光學(xué)特性及調(diào)控[D];中北大學(xué);2016年

5 李爽;加載型光波導(dǎo)和新型納米材料的制備與研究[D];山東大學(xué);2016年

6 程亞洲;基于載能離子束輻照技術(shù)制備的脊形晶體波導(dǎo)光學(xué)特性研究[D];山東大學(xué);2016年

7 李寒陽;一維微結(jié)構(gòu)光波導(dǎo)的制備及其光學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

8 陳必更;微納光波導(dǎo)的功能化集成及器件應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2016年

9 何瑞云;幾種透明光學(xué)材料中波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的制備及其特性研究[D];山東大學(xué);2017年

10 蔡珍珍;可直接紫外寫入含氟聚碳酸酯波導(dǎo)材料在光學(xué)開關(guān)中的應(yīng)用探索[D];吉林大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 卜天容;基于光波導(dǎo)環(huán)腔結(jié)構(gòu)的生物傳感器研究[D];廣西大學(xué);2015年

2 張洪賓;周期非均勻波導(dǎo)的DtN映射算法[D];北京化工大學(xué);2015年

3 梁熙靜;金屬—介質(zhì)—金屬納米線表面等離子體光波導(dǎo)中電磁場模式傳輸特性研究[D];山西大學(xué);2015年

4 戈藝達;含氟聚芳醚聚合物光波導(dǎo)的制備和性能研究[D];南昌大學(xué);2015年

5 任夫云;雜化聚硅氧烷光波導(dǎo)材料的合成及性能研究[D];大連理工大學(xué);2015年

6 黃暉;SOI脊形光波導(dǎo)1550 nm波長單模條件分析[D];北京工業(yè)大學(xué);2015年

7 李儒健;新型微流控可調(diào)光波導(dǎo)功能器件的研究[D];電子科技大學(xué);2015年

8 毛康;大功率高速光波導(dǎo)探測器的制作[D];電子科技大學(xué);2015年

9 姚佳;基于SOI的豌豆型光波導(dǎo)傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2014年

10 張子欣;偏心并聯(lián)微環(huán)諧振器的輸出特性[D];黑龍江大學(xué);2015年

本文編號：2263553