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基于多模波导的新型S弯谐振器，具有模式区分功能，用于折射率传感器

DOI：10.3390/s19163600 期刊：Sensors 出版年份：2019 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 本文提出了一种基于多模波导的光学谐振腔，用于集成式光学折射率传感器。传统光学谐振腔研究多聚焦于单模波导谐振器以提升性能，但由于纳米级结构的高制造成本限制了大规模生产。为解决该问题，我们设计了一种基于微米级多模波导的S弯谐振腔。通常多模波导因模间色散导致的性能退化及多峰输出传输特性而无法用作光学谐振器。因此我们利用弯曲损耗实现模式甄别现象，使所得S弯谐振腔产生无多峰的输出传输。该现象通过高阶模与基模有效折射率差异高效滤除高阶模。采用时域有限差分变分法计算表明，该谐振腔实现了2.3×103的品质因数和52 nm/RIU的灵敏度。结果表明这种宽线宽的多模波导S弯谐振腔可作为折射率传感器使用。
作者： Do-Hyun Kim，Su-Jin Jeon，Jae-Sang Lee，Seok-Ho Hong，Young-Wan Choi
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

设计一种基于多模波导的新型S弯谐振器，用于集成光学折射率传感器，利用模式鉴别现象克服传统单模波导谐振器的高制造成本和大规模生产限制。

研究成果

基于具有模式区分现象的多模波导所提出的S弯谐振器消除了输出传输中的多峰现象，并获得了与单模波导相似的性能。该器件实现了2.3×103的品质因数和52纳米/折射率单位的灵敏度，凭借其较低的制造工艺成本和更高的量产效率，能够以具有竞争力的价格适用于片上折射率传感器和集成光学谐振器传感器。

研究不足

S型弯曲谐振器的灵敏度和Q因子略低于基于单模的环形谐振器。随着层数增加，消光比的下降源于高阶模式的总功率损耗，当消光比过小时，这可能会限制其作为折射率传感器的使用。

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