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近年来,随着海洋强国战略的不断推进,建立全方位、完善的监测系统对海底进行全方位的观测势在必行。要实现在足够大的空间和时间尺度上收集尽可能多的物理信息,需对海洋物理参数进行准确和实时的测量,以确保有效监测。由于目前商业化的海洋温、盐、深等物理传感器多基于成熟的电子式传感技术,具有响应时间慢、笨重、昂贵、非环保等缺点,且核心技术基本掌握在外企手中,存在着不可忽视的国防安全隐患。相比之下,基于光波导的干涉型传感器可实现更小的体积,且在响应速度快和抗电磁干扰等方面也具有优势。为了开发具有自主知识产权的海洋监测传感器,实现便携、低功耗、原位、实时、快速、精确的长期海洋监测,本文响应高端智能传感器芯片的研发需求,基于光学结构设计波导型线性盐度传感器和耐高压压力(深度)传感器,其成果符合标准波导平台工艺,可用于实现海洋物理、化学和微生物传感器芯片级集成的目标。本文的主要工作为:1、提出一种基于0.75%折射率差值的SiO2波导的阵列波导光栅(AWG)型线性盐度传感器,利用AWG中心波长随有效折射率变化而漂移这一特性进行盐度传感。基于有效折射率法,分析了限制层刻蚀结构的0.75%折射率差值的SiO2单模波导的盐度传感机制,并利用时域有限差分法(FDTD)进行仿真验证。设计SiO2单模波导,并优化限制层刻蚀结构,提高传输模式E00y的有效折射率随海水盐度变化的灵敏度,结合海水折射率与盐度间的经验方程,将海水盐度的变化转化为波导有效折射率的改变。在此波导盐度传感机制下,利用1 × 1AWG结构将波导有效折射率的变化转化为输出中心波长的漂移,设计AWG的结构,并在其阵列波导区中引入三角形的限制层刻蚀区域作为待测液体填充区,放大待测液体盐度变化导致的相邻阵列波导间光信号相位差的变化,提高AWG型盐度传感器的传感灵敏度。所设计的AWG型盐度传感器可不受光源老化造成的波长漂移的影响。通过波束传播法(BPM)对其传感性能进行仿真,验证AWG盐度传感的可行性,引入三角形的限制层刻蚀区域结构的AWG可比常规AWG灵敏度提高约60倍,灵敏度为0.031nm/‰,分辨率为 0.0319‰。2、提出一种基于2%折射率差值的SiO2波导的非对称马赫曾德干涉仪(a-MZI)型压力传感器,利用a-MZI输出曲线线性区内光功率随有效折射率改变而变化这一特性进行压力传感。研究SiO2材料的光弹效应,利用光弹矩阵分析SiO2材料的压力诱导双折射现象,得到SiO2材料中o/e光的折射率随所受压力的变化关系。利用有效折射率法进行2%折射率差值的SiO2单模波导的结构设计,得到传输模式E00x/E00y的有效折射率与压力间的关系,并利用时域有限差分法(FDTD)进行仿真验证。利用此传感机制,通过双臂传感结构a-MZI将待测压力的变化转化为a-MZI线性区内输出光功率的变化。基于对称干涉型多模干涉仪(MMI)机理设计a-MZI的输入/输出耦合器,利用模式传输分析法(MPA)对MMI的多模干涉情况进行分析,并通过波束传播法(BPM)对其光束分割性能进行仿真,优化并确定MMI的参数。通过数值计算,分别分析三种臂形设计方案(正弦型、圆弧拼接型、螺旋型)可实现的臂长差的范围,并给出了 a-MZI型传感器在特定设计需求下的臂形设计方案。最终基于2%折射率差值的SiO2波导,采用正弦型臂形设计并制作了 5mm臂长差的a-MZI。经测试,此a-MZI型压力传感器原型器件体现出4.83 MPa的平均半周期压力,线性区域的灵敏度为1.24mW/MPa,压力分辨率有望低于0.08 MPa。全海深压力约110MPa,此型光学压力传感器无需对波导结构进行刻蚀等特殊处理,其耐压能力远高于传统薄膜上波导的结构,目前测得其在机械测试平台下可承受约40MPa的压力,液压环境下可体现更高的耐压极限。