随着社会生产力的发展,工业生产的大量污染物排放造成了严重的空气污染,使人类生命健康受到威胁。而随着公众健康意识逐步增强,开发挥发性有机物（Volatile Organic Compounds,VOC）气体传感器,实现对空气中污染物气体的快速和灵敏检测,成为当前生化传感的研究热点。基于折射率传感原理的光波导器件是一种重要的片上VOC检测平台,它是利用互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS）工艺把光学元件以薄膜形式集成在同一衬底上形成的集成子器件。这样的集成光学传感器不但具有抗强电磁干扰、结构紧凑、体积小、灵敏度高等优点,而且便于数据采集和传输,符合现代传感器微型化、智能化、网络化的发展趋势。本论文的创新研究工作包括如下:1.基于功能聚合物的全聚合物波导用于爆炸物气体检测。系统研究了一种含有偶极分子的电光聚碳酸酯（Electro-Optic Polycarbonate,EOPC）的紫外光漂白和气敏性质,在此基础上设计了非等宽的马赫-曾德尔干涉仪（Mach-Zehnder interferometer,MZI）结构,通过一步光刻/显影的简易工艺,结合紫外曝光气敏包层EOPC的折射率调控技术,从而调控干涉仪两臂的消逝场强度和群折射率,使MZI传感器的折射率传感灵敏度从7022 nm/RIU提升至11624 nm/RIU。最后通过对硝基苯爆炸物气体的测试发现,曝光80 min的MZI结构爆炸物检测灵敏度显著提高,在2.3 ppm硝基苯气体氛围下波长漂移量高达6.8 nm。该研究工作既结合了聚合物波导成本低、制作工艺简单的优点,又利用了功能聚合物的光漂白致折射率变化和气敏特性,展示了创新思想与实用前景。2.基于功能聚合物的氮化硅（Si3N4）波导用于吡啶气体检测。基于CMOS制作工艺的Si3N4波导具有传输损耗小、器件尺寸小、稳定性强、便于大规模生产和低成本制作等优点。但面向生化传感的实际应用,需解决Si3N4波导片上功能化以及传感灵敏度的偏振相关性问题。为此,本文研究了通过简易的旋涂工艺在Si3N4波导表面旋涂功能聚合物实现对VOC气体吡啶的特异性检测;同时,针对功能聚合物和Si3N4的折射率设计了在TE和TM模式下折射率传感灵敏度均大于30000 nm/RIU的超高灵敏度MZI传感器。通过光刻、刻蚀和旋涂工艺完成功能化Si3N4波导传感器芯片的制作,并进行了器件的封装和VOC传感性能研究。测试结果说明,本研究的传感器具有高灵敏（15.5 pm/ppm）和大动态范围（0 ppm-450 ppm）的吡啶气体特异性传感。综上所述,本论文充分结合光波导技术和功能聚合物材料的优点,从器件设计、制作到封装与测试的系统研究为实用化的片上VOC气体检测提供了重要的思路和方案。