漏模問題的若干探索及基于漏模的傳感器研究.pdf

1、光器件的設計中，以光波導的完備正交基為基礎的模式展開方法得到了廣泛應用。完備正交基由有限的的離散導模和無限的連續(xù)輻射模構成，而輻射模的連續(xù)譜帶來了復雜積分問題。泄漏模式的提出規(guī)避了這個問題，但是同時也帶來了自身的歸一化難題。隨著數(shù)值計算方法的蓬勃發(fā)展，以等效閉波導為基礎，以準導模和準泄漏模式為正交基的復模展開方法為處理輻射模式帶來了便利，其準確性和有效性在實際應用中得到了充分的驗證。但是，源自閉波導模型的準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，同時也是籠罩在復模展開方法的應用方面的一團疑云。
　　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平面上的復模，并與等效閉波導中的準泄漏模式進行對比，從而揭示輻射模和準泄漏模式的等價關系;在此基礎上，借助泄漏模式能量線性衰減特性，研究對單個泄漏模式激勵條件，探索基于泄漏模式的傳感器設計方案。為了改進傳感器設計，利用復模展開方法對W波導的模式特性進行研究，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)構模型出發(fā)，詳細分析了傍軸傳輸?shù)妮椛淠Ｊ降奈锢硖匦?，并將輻射模式映射為復平面上的復模。通過對比復模與等效閉波導中的準泄漏模式，得到了輻射模式和準泄漏模式之間的等價關系。
　　2、理論上研究了在光纖中激勵單漏模的物理機制，并提出了一種新型的傳輸結(jié)構。在研究這種傳輸結(jié)構的物理特性的基礎上，提出了基于功率檢測的液面高度傳感器方案:當選擇HE16模式為激勵系數(shù)時，傳感范圍在3cm左

4、右，同時可以保證傳感靈敏度可以達到-23.30dB/cm;當選擇HE19模式激勵時，傳感范圍約為0.8cm，傳感靈敏度可以達到-57.78dB/cm。進一步探討了此傳感器方案在高折射率傳感上的潛力，當采用10mm長泄漏光纖和HE13模式激勵時，能夠達到120dB/RIU的靈敏度。這種傳感結(jié)構采用基于功率的探測方式，能夠滿足實時監(jiān)測的要求。
　　3、研究了復模展開方法在處理截止波長條件下波導傳輸特性的準確性問題。在截止區(qū)附近，解模器