北京交通大学电子信息工程学院光波技术研究所，全光网络与现代通信网教育部重点实验室，北京 100044
随着光谱检测的重要性与日俱增，对高性能光谱仪的研究显得尤为重要和紧迫。提出一种基于平面光波导的二维光谱色散系统，它集合了平面波导微型化和光栅高色散的优点，能够将光谱在二维平面上展开。通过仿真发现，所提系统能够实现光谱在二维方向上展宽，带宽远远大于基于虚像相位阵列（VIPA）的二维色散系统。此外，所提系统的体积较小，更易于集成。
衍射 二维光谱检测 平面光波导 体光栅 光谱检测 光学学报
2023, 43(19): 1905002
为了提高采用有限元分析平面光波导热应力的精度和效率, 提出了一种改进平面应变模型。通过将材料的热膨胀系数正交各向异性化, 材料垂直于波导传播方向的热膨胀系数为真实的热膨胀系数, 但沿波导传播方向的热膨胀系数经过适当的变换可满足变形协调和适应平面应变模型, 采用改进的平面应变模型, 计算了平面光波导的热应力。计算结果表明, 与广义平面应变模型相比, 用改进的平面应变模型得到的应力的最大误差只有0.4%, 而计算时间缩短为广义平面应变模型的12.6%, 与平面应变模型相比, 改进平面应变模型的计算时间相等, 而计算精度大幅提高。
平面光波导 热应力 改进平面应变模型 有限元 planar optical waveguide thermal stress improved plane strain model finite element
云南大学 物理与天文学院 物理系, 昆明 650091
运用光波导的模式理论设计了多层集成光波导干涉芯片, 对芯片的光波导结构和材料参数进行优化, 并制作了集成干涉芯片.借助集成芯片的波导双通道, 通过干涉获得了高对比度的远场干涉条纹.在实验误差范围内, 当外界环境条件发生微小变化时, 干涉条纹发生移动, 符合杨氏双缝干涉理论的预期.芯片对水汽、酒精的探测灵敏度约为100 ppm, 并具有足够的温度稳定性.该集成干涉芯片具有低浓度环境气体检测的应用前景, 可为集成高灵敏气体传感器的开发提供发展平台.
平面光波导 干涉条纹 杨氏双缝 集成光学 玻璃 Planar waveguide Interference fringe Young′s double-slit Integrated optics Glass
1 环境模拟与污染控制国家重点实验室, 清华大学环境学院, 北京 100084
2 上海师范大学生命与环境科学学院, 上海 200234
3 嘉兴学院南湖学院, 浙江 嘉兴 314001
近年来, 环境内分泌干扰物愈来愈受到人们的关注。 对其用传统的检测技术分析, 过程复杂、 耗时长、 价格昂贵, 因此急需发展灵敏度高、 反应迅速快、 价格低廉的检测手段。 介绍了一种平面波导型阵列倏逝波荧光生物传感器, 在对系统光路参数进行模拟优化的基础上, 可实现24个传感位点的同步、 快速、 灵敏检测。 基于此阵列倏逝波荧光传感器, 运用间接竞争免疫检测模式, 优化并建立环境内分泌干扰物雌二醇的标准检测条件。 实验结果表明, 入射角在61.8°时, 系统灵敏度最高。 该方法对雌二醇检测线性检测区间为0.08~2.52 μg·L-1, 检测限为0.05 μg·L-1, 半抑制浓度为0.46 μg·L-1, 完成单次样品的检测时间为20 min。 利用该传感器对污水处理厂出水进行加标回收测试, 回收率在84%~120%之间, 相对标准偏差小于15%, 表明该方法能够用于实际水体中雌二醇的快速检测。
平面光波导 阵列倏逝波荧光传感器 免疫检测 雌二醇 Planar waveguide Evanescent wave immunsensor Estradiol Array evanescent wave fluorescent biosensor 光谱学与光谱分析
2018, 38(10): 3148
中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 太原 030051
提出了一种基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器.该振荡器中, 相位调制器串联光波导谐振腔, 取代了传统系统中的强度调制器、长光纤和滤波器.由于光学谐振腔对光子频率和相位敏感, 调节激光器改变输出光的波长, 不仅可以调制光的强度, 还可以对微波光子进行选频输出.当光子在波导腔中发生谐振时, 产生很强的延时特性, 可以取代传统系统中的长光纤.整个光电振荡器系统体积为长29.5 cm、宽21 cm、高7 cm.实验中, 改变0.1 pm的光子波长, 能够产生步长为12.5~35.5 MHz的调谐, 调谐范围达2 GHz, 且系统能够产生10 GHz的微波信号, 在中心频率为10 GHz处其相位噪声为－109.7 dBc/Hz@10 kHz.该研究为光电振荡器的小型化和实用化提供了一种新的思路.
光电振荡器 平面光波导谐振腔 可调谐 微波光子 相位噪声 Optoelectronics oscillator OEO Optical resonator The tunable Microwave photons Phase noise
中国科学院半导体研究所集成技术工程研究中心, 北京 100083
对干涉型集成光学陀螺（IIOG）和谐振型集成光学陀螺(RIOG)进行了比较。为使两者具有可比性，两种陀螺采用相同参数的光路器件、相近的偏置调制方法以及相同面积和传输损耗的光波导萨尼亚克（Sagnac）效应敏感环。推导了采用方波调制的干涉型集成光学陀螺和采用三角波调制的谐振型集成光学陀螺的散粒噪声灵敏度的准确表达式，通过优化波导器件参数计算得到两种陀螺最优的散粒噪声灵敏度。结果表明：随着光波导传输损耗的降低，干涉型集成光学陀螺的散粒噪声灵敏度要优于谐振型集成光学陀螺。随着超低损耗光波导技术的发展，干涉型集成光学陀螺在精度提高上具有较大潜力。
光纤光学 陀螺仪 萨尼亚克效应 平面光波导 激光与光电子学进展
2016, 53(8): 080601
1 燕山大学 信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
通过傅里叶变换将波动方程转化为空间频域的积分方程, 并采用Nystrm方法将积分方程转化成标准的矩阵特征问题.通过Lapack程序包求解矩阵的特征值和特征向量, 同时得到平面介质光波导模式的色散关系和模式场.数值计算结果表明该方法适用于分析任何折射率分布的平面光波导模式场, 使用阶数很小的矩阵就可以得到高准确度的结果.
导波光学 色散关系 高斯型求积公式 平面光波导 模场分布 Waveguide optics Dispersion relation Gauss quadrature rules Planar waveguide Mode distribution 光子学报
2015, 44(12): 1213004
1 云南大学物理科学技术学院, 云南 昆明 650091
2 昆明学院物理科学与技术系, 云南 昆明 650214
通过优化氮氧化硅薄膜的制备，获得均匀平整、掺锗浓度高的氮氧化硅薄膜。在优化光波导耦合器设计、载氢、紫外曝光等过程的基础上，利用 KrF 准分子激光，在掺锗氮氧化硅平面光波导中制备出了单模条形波导以及波导型耦合器和分束器。紫外光照射后重掺锗（锗掺杂原子数分数约为20%）平面光波导芯区的折射率最大增加约1.03倍，形成的条形波导传输损耗为0.28~0.32 dB/cm。实验表明紫外光曝光强度与掺锗氮氧化硅玻璃折射率的改变量是非线性的，折射率的变化可调整载氢压强和时间、紫外照射的光强度、材料掺锗浓度等参数来控制。
光学器件 紫外写入 平面光波导 折射率 光耦合器 集成光学 激光与光电子学进展
2013, 50(9): 092301
浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室，浙江 杭州 310027
提出采用不可逆封合技术来解决可逆封合的平面光波导生物传感器的微流通道在注入液体压力较大时会出现漏液的问题。分别采用等离子体法、氧化法、紫外灯照射法和紫外胶法实现了聚二甲基硅氧烷(PDMS)和绝缘材料上的硅(SOI)波导的不可逆封合。首先，采用4种实验方案分别处理PDMS和SOI波导表面，测试了经上述几种方法处理后微流通道与波导的粘合能力的强弱。然后，定量分析PDMS和SOI波导的封合效果。最后，经过实验比较得出用等离子体处理PDMS和SOI波导表面得到的不可逆封合效果最好的结论。文中也讨论了其他实验因素对粘合程度的影响。
微流通道 平面光波导 生物传感器 不可逆封合 粘合能力 micro-fluidic channel slab optical waveguide bio-sensor irreversible adherence adherent effect
