Архив публикаций

Тезисы

XIII-ая конференция

Оптимизация параметров датчиков концентрации веществ на основе планарных оптических волноводов

Николаев Н.Э., Тимакин А.Г., Чехлова Т.К.

119296 Москва, Университетский проспект, д.9, кв.480

Интерес к интегрально-оптическим волноводным датчикам концентрации веществ обусловлен, в первую очередь, стабильностью параметров устройств, связанной с интеграцией в перспективе всех элементов датчика на единой подложке и малостью количества вещества, необходимого для анализа, что чрезвычайно важно при медико-биологических исследованиях. К недостаткам волноводных датчиков абсорбционного типа относится малый сигнал на выходе сенсорной ячейки датчика, что связано с малым объемом вещества, взаимодействующего с излучением, так как доля мощности излучения, распространяющаяся в верхней среде, где содержится анализируемое вещество, мала [1].

Компенсация малой чувствительности достигается путем разработки новых схем регистрации и обработки выходного сигнала сенсорной ячейки, а также оптимизацией параметров волноводной системы с целью повысить долю мощности, распространяющейся в исследуемой среде. Для анализа зависимости распределения мощности в волноводе по средам был использован метод формул сдвига, разработанный в [2] и адаптированный для настоящих исследований. Анализ показал, что в рамках трехслойной системы доля мощности, распространяющаяся в верхней обрамляющей среде, даже при оптимизации параметров волновода (в случае газообразной исследуемой среды) составляет величину не более 12% для волновода на основе пленки из пятиокиси тантала и 0,65% для диффузионного волновода.

Проблема может быть решена при переходе к четырехслойной волноводной системе, которая содержит дополнительный тонкий слой вещества на поверхности волноведущего слоя с показателем преломления мало отличающимся от показателя преломления этого слоя. Математическое моделирование процесса распространения излучения в четырехслойном волноводе, проведенное с помощью метода формул сдвига, показало, что доля мощности, распространяющаяся в исследуемой среде существенно возрастает и может составлять десятки процентов, что значительно повысит чувствительность датчика.