高压放大器在电场传感器基本传感特性研究中的应用

实验名称：基于微环谐振器的传感器制备及传感特性

测试目的：以第仿真优化后器件结构与参数为基础，研究合理的加工顺序和加工参数，对基于电光聚合物和硅基微环谐振器的电场传感器进行微加工制备，并搭建直流电场传感试验平台，通过试验测试分析直流电场传感器的传感特性。

测试设备：高压放大器、任意函数发生器、传感器、光谱仪、偏振控制器等。

实验过程：

图1：测试系统结构示意图

搭建了如图1所示的传感试验平台。该试验平台根据设备的性质，可以分为光路部分和电路部分。首先是光路部分，将C波段宽带光源（中心波长为1535nm-1560nm）作为光源，通过单模光纤与偏振控制器相连，经过偏振控制器后的基模偏振态光通过锥形单模透镜光纤垂直耦合进入芯片的输入端，并通过直波导耦合进入环形波导中产生谐振，随后直波导的输出端再通过锥形单模透镜光纤耦合出去，并与光谱分析仪相连，以显示和存储芯片的输出光信号。另一板块是电路部分，为了输出用于制造强电场的高电压，采用高压放大器对任意函数发生器的低压信号进行放大。

图2：传感器输出响应谱线随电场幅值的变化情况

使用任意函数发生器产生直流信号，经过高压放大器放大后施加在平板电极上，产生均匀直流电场，分别施加不同的直流电场，通过光谱分仪记录传感器的输出光信号。电场传感器在不同直流电场下的透射光谱如图2所示。

实验结果：

测试结果表明，基于10μm半径的微环传感器输出光谱的自由光谱宽度为8.16nm，品质因子是6276，消光比为8.05dB。然而根据3.2.1小节中的仿真研究结果可知，微环谐振器半径为10μm时，理想中的自由光谱宽度为9nm，品质因子是9200，与实际试验获得的数据相差较大，导致这结果的原因可能是电光聚合物薄膜上包层影响了光波传输，导致传播损耗增大，其次波导的微加工制备工艺的技术问题也会影响波导传输。

进一步，从图2中可以看出，当电场振幅变化时，传感器谐振波向长波长方向显著漂移。这可以解释为在电场作用下，电光聚合物的折射率变大，导致波导有效折射率变大，微环谐振波长发生右移。在相同的恒温恒湿实验环境下，对没有电光聚合物上包层的微环谐振器进行了测验，当改变所施电场幅值时，没有观察到输出谐振波长有漂移，因此其该变量仅与电光聚合物有关。

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审核编辑 黄宇