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紫外吸光光谱分析法是一项重要的物质检测手段,它在海洋生化传感、海水水质分析等各类海洋探测技术领域中具有诸多应用,如检测水体环境中的污染物、营养盐、生物群落等,对于维持海洋生态系统的稳定、提高各类海洋灾害预测能力和准确度具有重要的意义和应用。目前最常用的紫外光源是氘灯光源。氘灯光源是一个典型的宽带光源,主要的发光波长范围为190-400nm。由于不同水体污染物对不同波长的光有不同的吸光度,对于多污染水体,使用宽带光源测量会引起较大的测量误差。为提高测量准确度,需要将紫外宽带光源分光,成为窄带光源。采用紫外可调窄带光源可根据水体不同污染物的种类,灵活调节用于测量的紫外波长,且能降低激发的荧光对水体污染物吸光度测量值的干扰。基于平面光波导结构的阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating,AWG)具有良好的滤波特性,能够将宽带光变成不同波长的窄带光。而马赫-曾德尔(Mach-Zehnder Interferometer,MZI)光开关可灵活选择通过的波长。二者集成制作的可调光源具有高灵敏度、结构紧凑、低功耗、抗电磁干扰的优点。本文首次提出并设计了深紫外波段(210-240nm)基于AWG和MZI热光开关的新型深紫外可调谐窄带滤波器,同深紫外宽带光源混合使用,实现芯片级的波长可调谐窄带深紫外光谱仪。本文详细介绍了深紫外AWG和MZI热光开关器件的理论设计,并对仿真结果进行分析,主要有以下几方面内容:①介绍了平面光波导基础理论,详细阐述了平板波导中横电模(Transverse Electric Mode,TE)、横磁模(Transverse Magnetic Mode,TM)特征方程的求解过程,分析了矩形波导有效折射率的求解方法,通过等效折射率法得到矩形波导有效折射率的求解方程。②AWG滤波器的结构和整体性能优化设计。详细地介绍了 AWG的工作原理、AWG的主要性能指标、光波导材料的选择、单模波导几何尺寸的选择、光波导结构的设计、AWG参数的设计、AWG的仿真分析、AWG的优化以及AWG的容差分析。通过优化设计阵列波导数目、喇叭口(taper)以及偏移量(offset),确定AWG器件的几何参数,AWG器件的性能参数为:插入损耗-1.47dB,串扰-29.82dB,3dB带宽1.87nm,输出通道间距5nm。③MZI热光开关器件的整体设计。介绍了 MZI热光开关的工作原理、MZI热光开关的设计、MZI热光开关的容差分析以及热场分布。经过仿真优化,确定了 MZI热光开关的几何参数,开关长度约为7mm,消光比>23dB。结果表明,在工艺容差范围内,MZI热光开关的性能变化不大。空气槽结构能有效限制波导周围的热场,避免过多的热量散失到包层中,降低开关功耗。