【摘 要】
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随着微纳米加工技术的进步和发展，对光学器件的加工已经进入纳米尺度，这为亚波长光学器件的研究提供了条件。由于亚波长光栅具有独特的衍射特性，并且可以满足诸多传统光学器件难以满足的光学要求，基于亚波长光栅的光学器件也逐渐成为研究热点之一。首先介绍了光栅及亚波长光栅的原理、亚波长光栅在滤波器结构中的应用、基于亚波长光栅的偏振分束器、光学晶格与超晶格，以及亚波长光栅在传感领域的应用。
提出了一种基于亚波长介质光栅金属薄膜结构的气体折射率传感器方案，研究了在不同入射角度时的反射谱线、光学晶格与超晶格的光场分
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随着微纳米加工技术的进步和发展，对光学器件的加工已经进入纳米尺度，这为亚波长光学器件的研究提供了条件。由于亚波长光栅具有独特的衍射特性，并且可以满足诸多传统光学器件难以满足的光学要求，基于亚波长光栅的光学器件也逐渐成为研究热点之一。首先介绍了光栅及亚波长光栅的原理、亚波长光栅在滤波器结构中的应用、基于亚波长光栅的偏振分束器、光学晶格与超晶格，以及亚波长光栅在传感领域的应用。
提出了一种基于亚波长介质光栅金属薄膜结构的气体折射率传感器方案，研究了在不同入射角度时的反射谱线、光学晶格与超晶格的光场分布。得到了在两种入射角度下气体折射率传感器的灵敏度，讨论了结构参数改变对光学特性和传感特性的影响。研究发现当光栅周期为450nm时，光垂直入射光场中会产生驻波结构，并且可以形成几种不同形式的光学晶格结构。在不同结构参数下，当入射光在两种入射角度(0°与60°左右）入射时，均可实现较高灵敏度的气体折射率传感器。优化后的参数，可用来检测甲烷在空气中的含量。当空气中甲烷浓度等于或者超过0.8%时，该空气折射率传感器能够进行检测，且其检测灵敏度至少为268.34(°)RIU。
基于梯形介质光栅金属薄膜结构，提出了两种具有自参考性的高灵敏度液体传感器方案。其中一种是梯形介质光栅(Si)与另一种介质(SiO2)相互填充，待检测液体与银薄膜接触；另一种方案是待检测液体填充在介质光栅上方。分析了不同光栅参数、银层厚度下的反射谱线，讨论了不同折射率液体的反射谱线中共振峰位置的偏移，通过共振峰的偏移角度得到角灵敏度。通过参数优化及考虑加倍效应，最高角灵敏度可达1280(°)RIU，并且该传感器还能够检测更宽折射率范围。
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