【摘 要】
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紫外光在高灵敏度生化检测中具有广阔应用前景。传统的紫外拉曼光谱仪等生化检测设备质量重、体积大,一般仅适用于室内检测。为实现实时、方便检测,便携式、小型化、集成化成为紫外生化检测设备的发展方向。近年来,平面光子集成技术在小型化、光子集成系统中展现出的巨大应用潜力,紫外光子集成被认为是实现新一代便携式生化检测设备的理想途径。由于紫外波段自身的特点,紫外光子集成的材料和器件结构与可见光-近红外波段光子集
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紫外光在高灵敏度生化检测中具有广阔应用前景。传统的紫外拉曼光谱仪等生化检测设备质量重、体积大,一般仅适用于室内检测。为实现实时、方便检测,便携式、小型化、集成化成为紫外生化检测设备的发展方向。近年来,平面光子集成技术在小型化、光子集成系统中展现出的巨大应用潜力,紫外光子集成被认为是实现新一代便携式生化检测设备的理想途径。由于紫外波段自身的特点,紫外光子集成的材料和器件结构与可见光-近红外波段光子集成有显著区别。本文围绕紫外波导材料和分光器件结构开展了系统的研究工作,设计出低损耗紫外传输波导和高分辨率紫外分光器件,并针对器件性能进行了优化。主要的研究工作和创新点如下:(1)设计出适用于278nm紫外波段的氟化镁(包层)—氧化铝(芯层)波导结构。计算得出平板波导折射率ns为1.651,相应的条形波导有效折射率nc为1.542,群折射率ng为2.023,波导在半径为3μm时的弯曲损耗为1.5 dB/cm,在低损耗紫外光子集成中有重要应用潜力。(2)设计出中心波长278nm、阵列波导数量170、通道数量80的单一衍射级次阵列波导光栅器件,器件波长分辨率为0.07 nm,插入损耗为6.65 dB～7.74dB、3dB带宽约为0.064nm。(3)理论研究了串联双微环谐振滤波器的特性,其自由光谱范围、插入损耗以及通道带宽等主要性能均优于单微环结构;将双微环结构与多衍射级次阵列波导光栅串联,实现了中心波长278nm、阵列波导数量50、通道数量30的级联分光器件。器件波长分辨率为0.048 nm,插入损耗为3.98 dB～7.55dB,3dB带宽约为0.036nm,性能较单一衍射级次阵列波导光栅器件显著提高。
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