漏模問題的若干探索及基于漏模的傳感器研究.pdf

1、光器件的設(shè)計(jì)中，以光波導(dǎo)的完備正交基為基礎(chǔ)的模式展開方法得到了廣泛應(yīng)用。完備正交基由有限的的離散導(dǎo)模和無限的連續(xù)輻射模構(gòu)成，而輻射模的連續(xù)譜帶來了復(fù)雜積分問題。泄漏模式的提出規(guī)避了這個(gè)問題，但是同時(shí)也帶來了自身的歸一化難題。隨著數(shù)值計(jì)算方法的蓬勃發(fā)展，以等效閉波導(dǎo)為基礎(chǔ)，以準(zhǔn)導(dǎo)模和準(zhǔn)泄漏模式為正交基的復(fù)模展開方法為處理輻射模式帶來了便利，其準(zhǔn)確性和有效性在實(shí)際應(yīng)用中得到了充分的驗(yàn)證。但是，源自閉波導(dǎo)模型的準(zhǔn)泄漏模究竟能在何種程度上表征輻

2、射模式，一直困擾著眾多研究者，同時(shí)也是籠罩在復(fù)模展開方法的應(yīng)用方面的一團(tuán)疑云。
　　在本論文中，我們從研究輻射模式的特性入手，利用輻射模功率譜特性將一組輻射模式映射為復(fù)平面上的復(fù)模，并與等效閉波導(dǎo)中的準(zhǔn)泄漏模式進(jìn)行對(duì)比，從而揭示輻射模和準(zhǔn)泄漏模式的等價(jià)關(guān)系;在此基礎(chǔ)上，借助泄漏模式能量線性衰減特性，研究對(duì)單個(gè)泄漏模式激勵(lì)條件，探索基于泄漏模式的傳感器設(shè)計(jì)方案。為了改進(jìn)傳感器設(shè)計(jì)，利用復(fù)模展開方法對(duì)W波導(dǎo)的模式特性進(jìn)行研究，并探討其

3、傳感潛力。主要工作包括:
　　1、從無限包層的兩層結(jié)構(gòu)模型出發(fā)，詳細(xì)分析了傍軸傳輸?shù)妮椛淠Ｊ降奈锢硖匦?，并將輻射模式映射為?fù)平面上的復(fù)模。通過對(duì)比復(fù)模與等效閉波導(dǎo)中的準(zhǔn)泄漏模式，得到了輻射模式和準(zhǔn)泄漏模式之間的等價(jià)關(guān)系。
　　2、理論上研究了在光纖中激勵(lì)單漏模的物理機(jī)制，并提出了一種新型的傳輸結(jié)構(gòu)。在研究這種傳輸結(jié)構(gòu)的物理特性的基礎(chǔ)上，提出了基于功率檢測(cè)的液面高度傳感器方案:當(dāng)選擇HE16模式為激勵(lì)系數(shù)時(shí)，傳感范圍在3cm左

4、右，同時(shí)可以保證傳感靈敏度可以達(dá)到-23.30dB/cm;當(dāng)選擇HE19模式激勵(lì)時(shí)，傳感范圍約為0.8cm，傳感靈敏度可以達(dá)到-57.78dB/cm。進(jìn)一步探討了此傳感器方案在高折射率傳感上的潛力，當(dāng)采用10mm長泄漏光纖和HE13模式激勵(lì)時(shí)，能夠達(dá)到120dB/RIU的靈敏度。這種傳感結(jié)構(gòu)采用基于功率的探測(cè)方式，能夠滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。
　　3、研究了復(fù)模展開方法在處理截止波長條件下波導(dǎo)傳輸特性的準(zhǔn)確性問題。在截止區(qū)附近，解模器