基于雙面金屬包覆波導(dǎo)中古斯?jié)h欣效應(yīng)的位移傳感器的研究.pdf

1、古斯?jié)h欣位移最早在1947年被提出。其描述的是全反射過(guò)程中，反射光會(huì)經(jīng)歷一個(gè)側(cè)向位移，而從非幾何光學(xué)指出的反射點(diǎn)出射。自從古斯?jié)h欣效應(yīng)提出以來(lái)，關(guān)于其產(chǎn)生原因和相關(guān)屬性的理論研究不斷發(fā)展，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了古斯?jié)h欣位移在不同情況下的增強(qiáng)效應(yīng)。 基于以下幾個(gè)因素，本文提出了基于雙面金屬包覆波導(dǎo)中古斯?jié)h欣效應(yīng)的位移傳感方法。首先，反射光經(jīng)歷的古斯?jié)h欣位移對(duì)于導(dǎo)波層厚度具有很高的靈敏度。其次，雙面金屬包覆波導(dǎo)中古斯?jié)h欣位移的增強(qiáng)效應(yīng)非常顯著，

2、達(dá)到幾百微米，如果利用一維位置敏感探測(cè)器進(jìn)行觀測(cè)，可以獲得極高的探測(cè)精度。同時(shí)，亞毫米尺度的雙面金屬包覆波導(dǎo)中的超高階導(dǎo)模對(duì)導(dǎo)波層厚度也具有極高的靈敏度，這進(jìn)一步增強(qiáng)了最終的傳感精度。最后，觀測(cè)古斯?jié)h欣效應(yīng)與入射光能量波動(dòng)無(wú)關(guān)，使得傳感器的信號(hào)噪聲得以降低。本文利用雙面金屬包覆波導(dǎo)的電磁場(chǎng)模型對(duì)于其中的導(dǎo)波模式進(jìn)行了分析，并利用靜態(tài)相位法和高斯光束數(shù)值模擬方法對(duì)雙面金屬包覆波導(dǎo)中的古斯?jié)h欣位移增強(qiáng)效應(yīng)進(jìn)行了理論計(jì)算。由此，推導(dǎo)出了增強(qiáng)的

3、古斯?jié)h欣位移對(duì)導(dǎo)波層厚度變化的靈敏度，并進(jìn)行了定量的數(shù)值模擬。而后，本文給出了具體的傳感器設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)方案，在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了數(shù)值模擬的結(jié)果。 隨著雙面金屬包覆波導(dǎo)中古斯?jié)h欣位移的增強(qiáng)效應(yīng)被越來(lái)越多的應(yīng)用于光器件的設(shè)計(jì)當(dāng)中，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)反射光束在發(fā)生古斯?jié)h欣位移時(shí)的具體行為十分必要。因此，本文基于以往對(duì)雙面金屬包覆波導(dǎo)中古斯?jié)h欣位移的研究，對(duì)反射光斑內(nèi)的能量分布進(jìn)行了高斯光束數(shù)值模擬。發(fā)現(xiàn)當(dāng)古斯?jié)h欣位移被增強(qiáng)到束腰寬度的尺度，即出現(xiàn)了明