基于导模共振效应的光栅传感器因具有无需荧光标记、易于集成、能实时检测等优点在生物医学传感领域得到了广泛应用。然而,该类型传感器存在品质因子和灵敏度相互制约的问题。为此提出一种凹型光栅结构,也就是在周期性光栅的每一个单元中引入凹型微结构,增强光场与检测物质的相互作用,进而提升传感器的品质因数。利用严格耦合波算法设计了器件结构,分析器件的本征模式,阐明其物理机理。仿真结果表明,该器件的品质因数可达到6562.5。本研究工作将为研制基于微纳结构的高性能集成光学传感器提供研究基础。

基于铌酸锂(LiNbO3)结构研制了一种采用马赫-曾德尔干涉仪与领结天线的、可用于纳秒强电磁脉冲测量的高精度电场传感器。通过实验对传感器性能进行了验证, 结果表明: 该传感器在对纳秒电磁脉冲上升时间、下降时间与脉冲宽度的测量中, 最大误差分别仅为3.9%、4.3%与0.3%, 测量数据线性度达到0.9991, 最小/最大可测电场强度分别达到3kV/m和50kV/m。

采用马赫-曾德尔光波导干涉仪与锥形天线阵列, 研制了基于铌酸锂(LiNbO3)结构、可用于电力电场测量的大带宽电场传感器, 并通过实验对传感器性能进行了测试。结果表明, 该传感器在10kHz~18GHz的大带宽范围内, 频响特性波动小于±10dB, 最小可测电场强度达到0.4V/m, 可测量场强达103V/m的纳秒脉冲电场。

为了提高光纤传感器的性能和进一步缩小传感器的尺寸, 通过实验制备出一种基于光纤布拉格光栅(FBG)与长周期光栅(LPG)并联的新型集成光学传感器。该传感器中的FBG和LPG是利用飞秒激光直写技术直接在普通单模光纤中刻写的。FBG和LPG是并联关系, 因此很大程度地缩小了传感器的长度。外界的温度和折射率的变化会引起FBG和LPG的谐振峰波长位置发生变化, 据此对该集成传感器进行温度和折射率测量。实验结果表明: FBG谐振峰对折射率和温度的灵敏度分别为0 nm/RIU和1298 pm/℃, 而LPG在1 555 nm附近谐振峰对折射率和温度的灵敏度为19646 nm/RIU和1093 pm/℃。因此, 根据双参数传感矩阵, 该传感器可以对温度和外界折射率进行同时传感。