用于高对比度热传感和可调线性热梯度阈值检测的主动波导布拉格光栅的数值分析与设计

《Sensors》：Numerical Analysis and Design of Active Waveguide Bragg Gratings for High-Contrast Thermal Sensing and Tunable Linear Thermal Gradient Threshold Detection

　　

摘要

活波导布拉格光栅（AWBGs）结合了布拉格光栅的窄带反射特性和掺稀土材料的光学增益，成为一个多功能平台，适用于单片激光器和放大反射器。这些光子结构中的激光发射受特定设计和泵浦参数的控制，存在抑制激光发射的临界阈值。本研究分别探讨了AWBGs作为高对比度热传感器和阈值触发开关的潜力。通过传递矩阵方法对AWBG的热响应进行了数值分析。在均匀加热条件下，布拉格波长imated的灵敏度为12 pm/°C。由此产生的激光峰带宽仅为1 nm，且远高于噪声水平，显著提高了传统被动设计的峰背景对比度。此外，还评估了线性纵向热梯度的影响。热啁啾会降低光栅的效率，如果系统接近其工作阈值，可能会抑制激光发射。我们的数值结果表明，AWBGs可以作为阈值触发热梯度探测器使用；在设计阶段可以适当选择检测阈值，使其检测范围达到约12 °C/mm，并在制造后通过调节泵浦功率进行选择性调整。在这些假设条件下得出的结果表明，AWBGs是先进热监测和光学防护应用的有希望的解决方案，有待实验验证。