一種多功能鈮酸鋰集成器件的光學性能測量方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光學器件測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及到一種多功能鈮酸鋰集成器件的光學性能測量方法。本方法包括：測量波導器件輸入保偏尾纖的長度；測量波導芯片的長度；測量波導器件輸出保偏尾纖的長度；對準輸入/輸出尾纖慢軸與波導芯片的傳輸軸；獲取第一次分布式偏振串音測量結(jié)果；變換波導器件的光注入條件；獲取第二次分布式偏振串音測量結(jié)果；通過對數(shù)據(jù)的分析和計算，獲得波導器件光學參量。該方法可以準確地獲得波導芯片的消光比和線性雙折射，還能夠同時獲得芯片波導輸入/輸出端尾纖的耦合串音、線性雙折射，輸入/輸出延長光纖焊點，以及波導芯片和連接尾纖內(nèi)部光學缺陷；降低了信號讀取與識別的難度，簡化了數(shù)據(jù)分析與處理的過程。
【專利說明】一種多功能鈮酸鋰集成器件的光學性能測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學器件測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及到一種多功能鈮酸鋰集成器件的光學性能測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多功能集成光學器件俗稱“Y波導”，一般采用鈮酸鋰材料作為基底，它將單模光波導、光分束器、光調(diào)制器和光學偏振器進行了高度集成，是組成干涉型光纖陀螺(FOG)和光纖電流互感器的核心器件，決定著光纖傳感系統(tǒng)的測量精度、穩(wěn)定性、體積和成本。
[0003]波導芯片消光比是Y波導器件的重要參量，如:高精度精密級光纖陀螺中的使用的Y波導，其芯片消光比要求達到SOdB以上。例如:中國電子科技集團公司第四十四研究所的華勇、舒平等人提出的一種提高光纖陀螺用Y波導芯片消光比的方法(CN201310185490.2)，已經(jīng)將波導芯片消光比提高到SOdB以上。但受限于測試儀器性能和測試方法，目前還無法實現(xiàn)高消光比Y波導芯片消光比準確測量。常用的偏振性能檢測儀
器-消光比測試儀，分辨率最高的美國dBm Optics公司研制Model4810型偏振消光比測
量儀也僅有72dB，除此以外，美國General Photonics公司的ERM102型、韓國Fiberpro公司的ER2200型，日本Santec公司的PEM-330型最高消光比均只能達到50dB左右，無法滿足SOdB以上高消光比Y波導器件的測試需求。
[0004]2OO2 年美國 Fibersense Technology Corporation 公司的 Alfred Healy 等人公開一種集成波導芯片的輸入/輸出光纖的耦合方法(US6870628)，利用白光干涉測量方法實現(xiàn)了波導芯片輸入/輸出光纖的耦合串音的測量；2004年北京航空航天大學的伊小素、肖文等人公開了一種光纖陀螺用集成光學調(diào)制器在線測試方法及其測試裝置(CN200410003424.X)，可以實現(xiàn)器件的損耗、分光比等光學參數(shù)的測量；2007年北京航空航天大學的伊小素、徐小斌等人公開了一種Y波導芯片與保偏光纖在線對軸裝置及其在線對軸方法(CN 200710064176.3)，利用干涉光譜法同樣實現(xiàn)了波導芯片與波導輸入/輸出光纖串音的測量。上述專利均沒有設(shè)計波導芯片消光比的測量。
[0005]Y波導由輸入光纖、波導芯片和輸出光纖三部分組成,傳統(tǒng)的消光比測試均為集總式測量，只能得到Y(jié)波導器件整體的消光比數(shù)值，即器件所有的消光比之和，波導芯片消光t匕(50?80dB)淹沒在了光纖尾纖與芯片耦合的消光比(30?40dB)之中，無法獲得芯片的消光比。因此，Y波導器件芯片消光比的測量難點主要有:1)基于低相干原理的白光干涉儀可以實現(xiàn)分布式偏振串音的測量，可以對Y波導器件參數(shù)(包括芯片消光比)的測量，但是如何能夠?qū)⑵翊舻姆直媛侍岣叩絖90dB以上，實現(xiàn)對消光比高達80dB以上波導芯片的測量；2)為了提高空間分辨率，白光干涉儀普遍采用光譜較寬的SLD光源，但光源光譜紋波(ripple)將引起相干峰，其對應(yīng)的偏振串音幅值大約在-50?-70dB之間，如果波導芯片的偏振串音峰值與其重疊，則芯片消光比極易淹沒在其中，如何消除其影響是需要迫切接解決的問題；3)波導器件作為一個組件，芯片、尾纖等各組成的串音信號的準確區(qū)分，具有相當?shù)碾y度，如何準確識別白光干涉信號是器件測試的難點之一。[0006]本發(fā)明公開了一種多功能鈮酸鋰集成光學器件(Y波導)的光學性能測量方法，包括波導器件輸入/輸出尾纖的長度選擇與測量、波導器件光注入條件選擇，波導芯片幾何參數(shù)的測量、波導器件的分布式偏振串音特性測量，以及波導器件光學性能參數(shù)計算等步驟，其特征是利用白光干涉儀(或低相干測量裝置)，在被測集成波導器件的輸入/輸出端，通過延長輸入/輸出端尾纖的長度，同時對注入到待測器件中的輸入/輸出檢測光的預(yù)置角度進行設(shè)定，分別測量裝置的偏振串音噪聲本底數(shù)據(jù)和器件的分布式偏振串音數(shù)據(jù)；通過對二者的對比，可以獲得若干由波導芯片、波導輸入/輸出尾纖、輸入/輸出延長光纖引入的偏振串音特征峰；利用對波導器件幾何長度的測量數(shù)據(jù)，包括:輸入/輸出延長光纖的長度、波導輸入/輸出尾纖長度和波導芯片長度，可以計算得到波導器件芯片消光、芯片線性雙折射，波導輸入/輸出端尾纖的耦合串音、輸入/輸出延長光纖焊點等多個光學參數(shù)。該方法消除了光源光譜紋波對測量的影響，提高了測量的準確性，可以實現(xiàn)O~85dB的超大消光比器件性能的測量，具有高空間分辨率等優(yōu)點，可廣泛用于芯片消光比在85dB以上的集成光學器件的定量評價，以及波導芯片和連接尾纖內(nèi)部是否存在光學缺陷的識別與分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種消除了光源光譜紋波對測量的影響，實現(xiàn)波導芯片與尾纖對軸的自動識別，提高測試的準確性的多功能鈮酸鋰集成器件的光學性能測量方法。
[0008]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0009](I)測量波導器件輸入保偏尾纖的長度Iim，檢測傳輸在輸入保偏尾纖快慢軸之間光波的光程差sw_i是否大于光 源光譜紋波產(chǎn)生的相干峰的光程SHpple，即
[0010]Sff_j> Sripple,
[0011]Sw^=ViXAnf, Anf保偏尾纖的線性雙折射；
[0012](2)如果輸入保偏尾纖的長度Iim不滿足步驟2)中的條件，則在輸入尾纖上焊接一段延長保偏光纖，焊點的對軸角度為0° -0° ,長度為lf-1的輸入延長保偏光纖滿足光程差Sf_i大于光源光譜紋波產(chǎn)生的相干峰的光程sHpple;,即
[0013]SfJSripple
[0014]Sm=ImX Anf, Λ nf保偏尾纖的線性雙折射，測量并記錄輸入延長保偏光纖的長度Ih ；
[0015](3)測量波導芯片的長度Iw ；
[0016](4)測量波導器件輸出保偏尾纖的長度lw_。，檢測傳輸在輸出保偏尾纖快慢軸之間光波的光程差Sw_。是否大于傳輸在波導芯片快慢軸之間光波的光程差sw，即
[0017]Sff_0>Sff, Sff_0=lff_0X Anf, Sff=IffX Anff, Δ nw 波導芯片的線性雙折射；
[0018](5)如果輸出保偏尾纖的長度1?_。不滿足步驟4)的條件，則在輸出保偏尾纖上焊接一段延長保偏光纖，焊點的對軸角度為0° -0° ,長度為lf-。的輸出延長保偏光纖的光程差ShSfJSw, Sf_0=lf_0X AnfJlJ量并記錄輸出延長保偏光纖的長度lf_o ；
[0019](6)對準輸入或輸出保偏尾纖的慢軸與波導芯片的傳輸軸，無輸入延長保偏光纖時，輸入保偏尾纖與白光干涉儀輸出起偏器的尾纖的對軸角度^*0° -0° ;有輸入延長保偏光纖時，延長光纖與白光干涉儀輸出起偏器的尾纖的對軸角度Q1也為0° -0° ；無輸出延長保偏光纖時，輸出保偏尾纖與白光干涉儀輸入檢偏器的尾纖的對軸角度Θ 2為0° -0° ;有輸出延長保偏光纖時,輸出延長保偏光纖與白光干涉儀輸入檢偏器的尾纖的對軸角度θ2也為0° -0° ；
[0020]對準準輸入或輸出保偏尾纖快軸與波導芯片的傳輸軸，輸入保偏尾纖或者輸入延長保偏光纖與白光干涉儀輸出檢偏器的尾纖的對軸角度Θ i為0° -90° ;輸出保偏尾纖或者輸出延長保偏光纖與白光干涉儀輸入檢偏器的尾纖的對軸角度92為90° -0° ；
[0021](7)獲取第一次分布式偏振串音測量結(jié)果，即白光干涉儀的儀器偏振串音噪聲本底數(shù)據(jù)，其橫坐標為掃描光程數(shù)值S，單位:μ m，縱坐標為偏振串音幅度E，單位:dB ;測量的光程掃描范圍AS
[0022]AS>2 (Sh+Sh+Sw+Sw—JSf-O)
[0023]并且，光程掃描范圍的中點為偏振串音測量數(shù)據(jù)的最大峰值的位置；
[0024](8)變換波導器件的光注入條件:無輸入延長保偏光纖時,輸入保偏尾纖與白光干涉儀輸入起偏器的尾纖的對軸角度9工為0° -45° ;有輸入延長保偏光纖時,輸入延長保偏光與白光干涉儀輸入起偏器的尾纖的對軸角度Θ工也為0° -45° ;無輸出延長光纖時，輸出保偏尾纖與白光干涉儀輸出檢偏器的尾纖的對軸角度92為45° -0° ;有輸出延長光纖時，延長光纖與尾纖的對軸角度θ2也為45° -0° ；
[0025](9)獲取第二次分布式偏振串音測量結(jié)果，即器件的光學偏振串音測量數(shù)據(jù)，其光程掃描范圍AS的要求與步驟7)相同；
[0026](10)通過對數(shù)據(jù)的分析和計算，獲得波導器件的芯片消光、芯片的線性雙折射，波導輸入/輸出端尾纖的耦合串音、尾纖的線性雙折射光學參量:
[0027](10.1)將測量步驟(9)獲得的器件分布式偏振串音測量結(jié)果與步驟(7)獲得的白光干涉儀的儀器偏振串音本底數(shù)據(jù)進行對比，可以獲得若干由波導芯片、波導輸入或輸出保偏尾纖、輸出或輸出延長保偏光纖引入的偏振串音特征峰，峰值的橫坐標對應(yīng)光程差S,單位:μ m,縱坐標對應(yīng)偏振串首的幅度E，單位:dB ；
[0028](10.2)根據(jù)輸入延長光纖的長度Im數(shù)值，計算得到輸入延長保偏光纖的理論光程延遲數(shù)值Sf_i (理論)，Sf_i OS論)=lf_iX Anf (理論)，Anf (理論)按5X 10_4計；器件偏振串音測試數(shù)據(jù)中，確定由輸入延長保偏光纖與輸入保偏尾纖的焊點引起的滿足光程延遲量Sf_i(aife)的偏振串音峰值，其縱坐標數(shù)值對應(yīng)焊點串音值Ef+橫坐標對應(yīng)為輸入延長保偏光纖真實的光
程延遲星Sf(測量)；
[0029](10.3)根據(jù)波導輸入保偏尾纖的長度Iim數(shù)值，計算得到波導輸入保偏尾纖的理論光程延遲數(shù)值Sim (；理論)，Sff_j (理論)=lw-1 X Δ nf (；理論)，Δ nf (理論)按5X10計；器件測試數(shù)據(jù)中，確定由輸入保偏尾纖音引起的滿足光程延遲量Sh的偏振串音峰值，其縱坐標耦合串音值Eim，橫坐標對應(yīng)真實的光程延遲量Sh (}Λβ)；
[0030](10.4)根據(jù)波導輸入稱合光纖的長度Vi和其對應(yīng)的真實光程延遲量Sw_i(Ma:),可以精確計算得到波導輸入保偏光纖的線性雙折射△ nf-1 (測量V
[0031 ] Δ (測量)=S^i (測量)/lw_i
[0032] (10.5)與步驟2)~步驟4)相同，根據(jù)輸出延長保偏光纖的長度lf—。、波導輸出光纖長度lw—。，可以確定延長保偏光纖與輸出保偏尾纖的焊點串音值Ef—。、輸出光纖與波導芯片的功率耦合串音值Ew—。，以及波導輸出保偏光纖的線性雙折射。；[0033]Δ nf—。(測量)=Svho (測量)/lw—0
[0034](10.6)根據(jù)波導芯片的長度Iw，計算得到波導芯片快、慢軸之間的光程延遲量Swοι論:>，Sw O^=IwX Λ，線性雙折射Anwas論#8X10—2計；在器件偏振串音測試數(shù)據(jù)中，可以在輸入保偏尾纖、輸入延長保偏光纖、輸出保偏尾纖、輸出延長保偏光纖與波導芯
片快、te工作軸之間廣生光程之和sf_i (?!]?) +sw_i (?!]?) +Sw (理論)+sw_。(測量;)+sf_。(測量；)或者光程之差sf-1 (測量)+sw—± (測量)+sw—。(測量)+sf—。(測量)_sw (理論)所對應(yīng)的橫坐標處，找到波導心片的偏振串音峰值，其幅值Ew的絕對值即為波導芯片的消光比；波導芯片串音峰值出現(xiàn)在光程之和Sg
(測量)+Sw-1 (測量)
+Sff (測量)+Sw_。(測量)+Sf_。(測量)處，可以確定波導尾纖的快軸與波導快軸對準，而出現(xiàn)在光程之差Sh (--) +Sff-1 (測量)+sw_。(測量)+Sf_。(測量廠Sw (理論)則確定波導尾纖的‘fe軸與波導快軸對準；根據(jù)測量得到的波導芯片的光程延遲量sw(3?)和波導芯片的真實長度Iw，計算得到波導芯片的線性雙折射Anw(3W)
[0035]Δ nw (測量)=Sff (測量)/Iw。
[0036]本發(fā)明的有益效果在于:
[0037]該方法不僅可以準確地獲得波導芯片的消光比和線性雙折射，還能夠同時獲得芯片波導輸入/輸出端尾纖的耦合串音、線性雙折射，輸入/輸出延長光纖焊點，以及波導芯片和連接尾纖內(nèi)部光學缺陷；該方法允許通過對輸入/輸出光纖長度的選擇，巧妙地避開了寬譜光源光譜紋波(ripple)引起相干峰對測量的影響，增加了可實現(xiàn)性和穩(wěn)定性；該方法可以通過對比器件的偏振串音數(shù)據(jù)和測量裝置的串音噪聲本底，使待波導芯片、輸入/輸出尾纖、延長光纖焊點等產(chǎn)生的偏振串音峰值更加容易分辨，降低了信號讀取與識別的難度，簡化了數(shù)據(jù)分析與處理的過程，可以實現(xiàn)消光比85dB以上集成波導器件的測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1是Y波導器件的芯片消光比等光學參量的測試方法流程圖；
[0039]圖2是基于白光干涉測量裝置的Y波導器件測試原理圖；
[0040]圖3是待側(cè)器件與測試裝置之間的輸入0°~45°對準、輸出45°~0°對準的示意圖；
[0041]圖4是待側(cè)器件與測試裝置之間的輸入0°~0°對準、輸出0°~0°對準的示意圖；
[0042]圖5是波導尾纖慢軸與波導芯片快軸對準，器件0°~0°接入測試裝置時，測量得到的分布式偏振串音數(shù)據(jù)(測量裝置的偏振串擾噪聲)；
[0043]圖6是波導尾纖慢軸與波導芯片快軸對準，器件的輸入0°~45°、輸出45°~0°接入測量裝置時，測量得到的分布式偏振串音數(shù)據(jù)(Y波導器件的光學特性)；
[0044]圖7是波導尾纖快軸與波導芯片快軸對準，器件0°~90°、90°~0°接入測試裝置時，測量得到的分布式偏振串音數(shù)據(jù)(測量裝置的偏振串擾噪聲)；
[0045]圖8是波導尾纖快軸與波導芯片快軸對準，器件的輸入0°~45°、輸出45°~0°接入測量裝置時，測量得到的分布式偏振串音數(shù)據(jù)(Y波導器件的光學特性)。
【具體實施方式】
[0046]本發(fā)明提出的基于白光干涉儀測量裝置的多功能鈮酸鋰集成光學器件(Y波導)的光學性能測量方法，分別在波導器件的保偏尾纖的快軸和慢軸均勻地注入信號光，通過測量波導器件傳輸軸(快軸)和截止軸(慢軸)的白光干涉信號幅度與傳輸軸自身干涉信號幅度之間的比值，獲得波導芯片消光比、波導耦合串音等光學參數(shù)；測量步驟，包含波導器件輸入/輸出尾纖的長度選擇與測量、波導芯片幾何參數(shù)的測量、波導器件光注入條件選擇、波導器件的分布式偏振串音特性測量，以及波導器件光學性能參數(shù)計算，具體過程如附圖1所示:
[0047]I)測量波導器件輸入保偏尾纖21的長度，要求傳輸在尾纖21快慢軸之間光波的光程差Sw_i (Sim=IimX Anf, Δ nf保偏尾纖的線性雙折射)大于光源11光譜紋波產(chǎn)生的相干峰的光程SHpple，即滿足
[0048]Sff-^Sripple (I)
[0049]2)如果輸入尾纖21的長度Iim不滿足(I)式，則焊接一段延長保偏光纖25，要求焊點24的對軸角度為0° -0°，同時延長光纖25的光纖長度Ih需要滿足光程差Sh(Sm=ImX Anf, Anf保偏尾纖的線性雙折射)大于光源11光譜紋波產(chǎn)生的相干峰的光程S_ple，即滿足
[0050]Sf-^Sripple (2)
[0051]測量并記錄延長光纖25的長度；
[0052]3)測量波導芯片22的長度Iw ；
[0053]4)測量波導器件輸出保偏尾纖23的長度lw_。，要求傳輸在尾纖23快慢軸之間光波的光程差sw_。(Sff_0=lff_0X Anf)大于傳輸在波導芯片22快慢軸之間光波的光程差Sw(Sff=IffX Anff,八％波導芯片的線性雙折射)，即滿足
[0054] Sff_0>Sff (3)
[0055]5)如果輸出尾纖23的長度lw_。不滿足3式要求，則焊接一段延長保偏光纖27 ;要求焊點25的對軸角度為0° -0°，同時長度lf_。延長光纖27的光程差SfJSfI=I^X Anf)的需要滿足
[0056]Sf_0>Sff (4)
[0057]測量并記錄延長光纖27的長度lf_。；
[0058]6)首次測試波導器件時，其輸入/輸出尾纖21、23慢軸與波導芯片22的傳輸軸(快軸)對準時，器件的光注入條件應(yīng)該滿足:無輸入延長光纖25時，輸入保偏尾纖21與白光干涉儀輸出起偏器15的尾纖16的對軸角度Θ i為0° -0° ;有輸入延長光纖25時,延長光纖25與尾纖16的對軸角度Θ工也為0° -0° ;無輸出延長光纖27時,輸出保偏尾纖23與尾纖31的對軸角度02為0° -0° ;有輸出延長光纖27時，延長光纖27與尾纖31的對軸角度θ2也為0° -0° ；
[0059]其輸入/輸出尾纖21、23快軸與波導芯片22的傳輸軸(快軸)對準時，器件的光注入條件應(yīng)該滿足:輸入保偏尾纖21或者延長光纖25與尾纖16的對軸角度Q1SiT -90° ；輸出保偏尾纖23或者輸入延長光纖27與尾纖31的對軸角度Θ 2為90° -0° ；
[0060]7)啟動白光干涉儀，獲得第一次分布式偏振串音測量結(jié)果，即白光干涉儀的儀器偏振串音噪聲本底數(shù)據(jù)，其橫坐標為掃描光程數(shù)值S (單位:μ m)，縱坐標為偏振串音幅度E(單位:dB);測量的光程掃描范圍AS需要滿足
[0061]AS>2 (Sf—i+Sw-1+Sw+Sh+Sf—。) (5)[0062]并且，光程掃描范圍的中點盡量選擇為偏振串音測量數(shù)據(jù)的最大峰值的位置。
[0063]8)變換波導器件的光注入條件:無輸入延長光纖25時,輸入保偏尾纖21與白光干涉儀輸出起偏器15的尾纖16的對軸角度Q1SiT -45° ;有輸入延長光纖25時，延長光纖25與尾纖16的對軸角度Θ i也為0° -45° ;無輸出延長光纖27時,輸出保偏尾纖23與白光干涉儀輸入檢偏器32的尾纖31的對軸角度-0° ;有輸出延長光纖27時，延長光纖27與尾纖31的對軸角度θ2也為45° -0° ；
[0064]9)啟動白光干涉儀，獲得第二次分布式偏振串音測量結(jié)果，即器件的光學偏振串音測量數(shù)據(jù)，其光程掃描范圍AS的要求與步驟7)相同；
[0065]10)如果已知白光干涉儀的偏振串音本底數(shù)據(jù)，可以略過測量步驟6)和7)直接獲得儀器的光學偏振串音測量數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的分析和計算，可以一次性地獲得波導器件的芯片消光、芯片的線性雙折射，波導輸入/輸出端尾纖的耦合串音、尾纖的線性雙折射等
光學參量。
[0066]輸入保偏尾纖21、輸出保偏尾纖23和延長保偏光纖25、延長保偏光纖27的長度選擇依據(jù)，其特征是:輸入保偏尾纖21、輸出保偏尾纖23的長度選擇依據(jù)可以對換，相應(yīng)的延長保偏光纖25、延長保偏光纖27的長度選擇依據(jù)也需要同時對換。
[0067]波導器件的芯片消光、芯片的線性雙折射，波導輸入/輸出端尾纖的耦合串音、尾纖的線性雙折射的計算步驟是:
[0068]I)將測量步驟9)獲得的器件分布式偏振串音測量結(jié)果與步驟7)獲得(或已知)的白光干涉儀的儀器偏振串音本底數(shù)據(jù)進行對比，可以獲得若干由波導芯片、波導輸入/輸出尾纖、輸出/輸出延長光纖引入的偏振串音特征峰，峰值的橫坐標對應(yīng)光程差S (單位:μ m)，縱坐標對應(yīng)偏振串音的幅度E (單位:dB);`[0069]2)輸入延長光纖25的長度Ih數(shù)值，可以計算得到輸入延長光纖25的理論光程延遲數(shù)值Sf_i (理論)(Sm (^)=1μΧ Anf (理論)，Anf (理論)按5X 10_4計)；器件偏振串音測試數(shù)據(jù)中，可以確定滿足光程延遲量Sh Oiife)的偏振串音峰值是由延長保偏光纖25與輸入保偏尾纖21的焊點24引起，其縱坐標數(shù)值對應(yīng)焊點24串音值Em，橫坐標對應(yīng)為延遲光纖真實的光程延遲里Sm (測量)；
[0070]3)根據(jù)波導輸入光纖21的長度Iim數(shù)值，可以計算得到波導輸入光纖21的理論光程延遲數(shù)值Sim Qg論)(Sff_j (--) =lff-1 X ^ nf o論)，Δ nf (；理論)按5 X 10計);器件測試數(shù)據(jù)中，可以確定滿足光程延遲量的偏振串音峰值是由輸入光纖21與波導芯片22的功率耦合串音引起，其縱坐標耦合串音值Eim，橫坐標對應(yīng)真實的光程延遲量 Sf-1(測量)+Sw-1
(測量)；
[0071]4)根據(jù)波導輸入耦合光纖21的長度lw—i和其對應(yīng)的真實光程延遲量
Sw-1 (測量P 可
以精確計算得到波導輸入保偏光纖21的線性雙折射Arvi (|?)，它由(6)式確定:
[0072]Δrif—i (測量fSw—i (測量Wi (5)
[0073]5)與2)~4)步驟類似，根據(jù)輸出延長保偏光纖27的長度lf_。、波導輸出光纖23長度lw-。，可以確定延長保偏光纖(27)與輸出保偏尾纖23的焊點26串音值Ef_1、輸出光纖23與波導芯片22的功率耦合串音值Ew_。，以及波導輸出保偏光纖23的線性雙折射Anf_。；
[0074]Δnf_。(測量)=SW_。(測量)/lw_。 (6)
[0075]6)根據(jù)波導芯片22的長度Iw，可計算得到其快、慢軸之間的光程延遲量Sw(aife)(Sw(Jgi^)=IffX Δnw(a論),線性雙折射Anwoa論)按8X10 2計);在器件偏振串首測試數(shù)據(jù)中，可以在輸入保偏尾纖21、延長保偏光纖25、輸出保偏尾纖23、延長保偏光纖27與波導芯片22快、te工作軸之間廣生光程差之和(Sf_i (測量(JijiijM)+Sff (理論)+Sw_。(測量)+Sf_。(測量))或者光程之差(Sf-1 (測量)+Sw_i (--Μ) +Sff-O (測量)+Sf_。(--)_Sff (理論))所對應(yīng)的橫坐標處，找到波導心片22的偏振串音峰值，其幅值Ew的絕對值即為波導芯片22的消光比；波導芯片22串音峰值出現(xiàn)在上述光程之和(Sf(--) +Sff-1 (aμ) +Sff (--) +Sff_0 (--) +Sf_0 (--))處，可以確定波導尾纖的快軸與波導快軸對準，而出現(xiàn)在上述光程之差(Sf_i (--) +Sff-1 (測量)+Sw_。(aμ) +Sf-0 (JiM)-Sw (測量))則確定波導尾纖的慢軸與波導快軸對準；根據(jù)測量得到的波導芯片22的光程延遲量Sw(3?)和波導芯片22的真實長度Iw，可以精確計算得到波導芯片22的線性雙折射Anw(3tt)
[0076]Δnw (測量)=Sff (測量)/Iw (7)
[0077]基于白光干涉儀測量裝置的一種多功能鈮酸鋰集成光學器件(Y波導)的光學性能測量方法，其測試原理如附圖2所示。由光源模塊I發(fā)出的檢測光經(jīng)過待測器件2，帶有器件光學特征的信號光被送入白光測量裝置3中，借助于光電探測、處理模塊4，可以一次性地獲得波導芯片消光比、線性雙折射等多個光學參量。測量裝置的具體功能為:
[0078]寬譜光源11發(fā)出信號光經(jīng)過2/98的耦合器12，2%的功率被送入到探測器(PDO)13，用于檢測光源功率，其余98%經(jīng)過隔離器(ISO)14后，被起偏器(LP)15變?yōu)楦叻€(wěn)定的寬譜偏振光，經(jīng)過起偏器的輸出尾纖16，通過焊點(或者連接器)17，將檢測光注入到待測波導器件2中；
[0079]波導器件2至少由輸入光纖、波導芯片和輸出光纖3部分組成，器件中存在的若干光學不連續(xù)點，包括:波導芯片、光纖與波導耦合點、光纖焊點，以及其他波導內(nèi)部和光纖內(nèi)部的缺陷等，會使傳輸在待側(cè)集成光學器件中一個特征軸(例如快軸)的信號光能量的一部分耦合到正交的另外一個特征軸(例如慢軸)中，形成一系列的耦合光束，耦合光束的強度和光程位置 與器件的光學性能一一對應(yīng)。
[0080]上述耦合光束連同剩余的傳輸光束通過焊點(或者連接器)30輸出到白光測量裝置3中，由于光纖和鈮酸鋰波導存在線性雙折射，兩個特征軸之間存在的折射率差使傳輸光和稱合光在光程上發(fā)生分立；上述光束經(jīng)過檢偏器32的偏振極化后，由光纖稱合器33分別均勻地分成兩部分，能量的一半傳輸在光纖34組成的參考臂中，到達光纖耦合器38 ;能量的另外一半傳輸在由光纖環(huán)行器35、自聚焦透鏡36和移動反射鏡37組成的掃描臂中，同樣到達耦合器38與參考臂光束白光干涉信號，被差分探測器391、392接收并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。此信號經(jīng)過信號解調(diào)電路41處理后，送入測量計算機42中；測量計算機42另外還要負責控制移動反射鏡37實現(xiàn)光程掃描。
[0081]當M-Z干涉儀的移動反射鏡37進行光程掃描，使傳輸光與耦合光發(fā)生光程匹配，將產(chǎn)生白光干涉信號，其峰值幅度對應(yīng)耦合光的幅度；白光干涉信號峰值之間的光程差異對應(yīng)耦合光發(fā)生的空間位置，因此通過對波導器件內(nèi)一系列耦合光白光干涉信號強度和光程位置的探測，可以獲得器件內(nèi)部消光比、光纖耦合點、光纖焊點等光學特性的測量。
[0082]如圖3所示，當待測波導器件2與寬譜光源I和白光測量裝置3的對準角度為0°~45°、45°~0°對準時，獲得的白光干涉信號的幅度和光程延遲量，可以如下式表示:[0083]
【權(quán)利要求】
1.一種多功能鈮酸鋰集成器件的光學性能測量方法，其特征在于: (1)測量波導器件輸入保偏尾纖的長度lw-1，檢測傳輸在輸入保偏尾纖快慢軸之間光波的光程差sw_i是否大于光源光譜紋波產(chǎn)生的相干峰的光程SHpple，即
Sw—i〉Srippie， S1H=ViX Δηf?，Δ%保偏尾纖的線性雙折射； (2)如果輸入保偏尾纖的長度lw_i不滿足步驟2)中的條件，則在輸入尾纖上焊接一段延長保偏光纖，焊點的對軸角度為0° -0°，長度為Ih的輸入延長保偏光纖滿足光程差sf_i大于光源光譜紋波產(chǎn)生的相干峰的光程s_ple，即
Sf—i〉Srippie Sm=ImX Anf, Anf保偏尾纖的線性雙折射，測量并記錄輸入延長保偏光纖的長度lf-1 ; (3)測量波導芯片的長度Iw; (4)測量波導器件輸出保偏尾纖的長度lw_。，檢測傳輸在輸出保偏尾纖快慢軸之間光波的光程差sw_。是否大于傳輸在波導芯片快慢軸之間光波的光程差Sw,即
SW_0>SW, SW_0=1W_0X Anf, Sff=IffX Anff, Δ nw 波導芯片的線性雙折射； (5)如果輸出保偏尾纖的長度1?_。不滿足步驟4)的條件，則在輸出保偏尾纖上焊接一段延長保偏光纖，焊點的對軸角度為0° -0° ,長度為lf-。的輸出延長保偏光纖的光程差Sf_0Sf_0>Sff, Sf_0=lf_0X AnfJlJ量并記錄輸出延長保偏光纖的長度lf_。； (6)對準輸入或輸出保偏尾纖的慢軸與波導芯片的傳輸軸，無輸入延長保偏光纖時，輸入保偏尾纖與白光干涉儀輸出起偏器的尾纖的對軸角度Q1Scr -0° ;有輸入延長保偏光纖時，延長光纖與白光干涉儀輸出起偏器的尾纖的對軸角度Θ工也為0° -0° ;無輸出延長保偏光纖時，輸出保偏尾纖與白光干涉儀輸入檢偏器的尾纖的對軸角度^2為0° -0° ;有輸出延長保偏光纖時，輸出延長保偏光纖與白光干涉儀輸入檢偏器的尾纖的對軸角度Θ 2也為0° -0° ； 對準準輸入或輸出保偏尾纖快軸與波導芯片的傳輸軸，輸入保偏尾纖或者輸入延長保偏光纖與白光干涉儀輸出檢偏器的尾纖的對軸角度Θ i為0° -90° ;輸出保偏尾纖或者輸出延長保偏光纖與白光干涉儀輸入檢偏器的尾纖的對軸角度02為90° -0° ； (7)獲取第一次分布式偏振串音測量結(jié)果，即白光干涉儀的儀器偏振串音噪聲本底數(shù)據(jù)，其橫坐標為掃描光程數(shù)值S，單位:μ m,縱坐標為偏振串音幅度E，單位:dB ;測量的光程掃描范圍AS AS>2 (Sf-1+Sw-1+Sw+Sw-0+Sf-0) 并且，光程掃描范圍的中點為偏振串音測量數(shù)據(jù)的最大峰值的位置； (8)變換波導器件的光注入條件:無輸入延長保偏光纖時，輸入保偏尾纖與白光干涉儀輸入起偏器的尾纖的對軸角度Q1SiT -45° ;有輸入延長保偏光纖時,輸入延長保偏光與白光干涉儀輸入起偏器的尾纖的對軸角度Θ工也為0° -45° ;無輸出延長光纖時,輸出保偏尾纖與白光干涉儀輸出檢偏器的尾纖的對軸角度Θ 2為45° -0° ;有輸出延長光纖時，延長光纖與尾纖的對軸角度θ2也為45° -0° ； (9)獲取第二次分布式偏振串音測量結(jié)果，即器件的光學偏振串音測量數(shù)據(jù)，其光程掃描范圍AS的要求與步驟7)相同；(10)通過對數(shù)據(jù)的分析和計算，獲得波導器件的芯片消光、芯片的線性雙折射，波導輸入/輸出端尾纖的耦合串音、尾纖的線性雙折射光學參量: (10.1)將測量步驟(9)獲得的器件分布式偏振串音測量結(jié)果與步驟(7)獲得的白光干涉儀的儀器偏振串音本底數(shù)據(jù)進行對比，可以獲得若干由波導芯片、波導輸入或輸出保偏尾纖、輸出或輸出延長保偏光纖引入的偏振串音特征峰，峰值的橫坐標對應(yīng)光程差S,單位:μ m,縱坐標對應(yīng)偏振串音的幅度E，單位:dB ； (10.2)根據(jù)輸入延長光纖的長度Im數(shù)值，計算得到輸入延長保偏光纖的理論光程延遲數(shù)值Sh
(理論Sf-1 (理論X Δ Hf (理論Δ nf (理論)? 5Χ10_4計；器件偏振串音測試數(shù)據(jù)中，確定由輸入延長保偏光纖與輸入保偏尾纖的焊點引起的滿足光程延遲量Sh (aito的偏振串音峰值，其縱坐標數(shù)值對應(yīng)焊點串音值Eh,橫坐標對應(yīng)為輸入延長保偏光纖真實的光程延ififi Sf-1 (測量)； (10.3)根據(jù)波導輸入保偏尾纖的長度lw_i數(shù)值，計算得到波導輸入保偏尾纖的理論光程延遲數(shù)值Sim Sff_j (--) =lff-1X ^nf (；理論)，Δnf (理論)按5X 10計；器件測試數(shù)據(jù)中，確定由輸入保偏尾纖音引起的滿足光程延遲量Sh的偏振串音峰值，其縱坐標耦合串音值Eim，橫坐標對應(yīng)真實的光程延遲量Sh(}Λβ)； (10.4)根據(jù)波導輸入f禹合光纖的長度lw_i和其對應(yīng)的真實光程延遲量Sw_i(Ma:),可以精確計算得到波導輸入保偏光纖的線性雙折射△ nf-1 (測量V
Δ nf-1 (測量)=Sw-1 (測量)/lw-1 (?ο.5)與步驟2)~步 驟4)相同，根據(jù)輸出延長保偏光纖的長度lf_。、波導輸出光纖長度I。，可以確定延長保偏光纖與輸出保偏尾纖的焊點串音值E f_。、輸出光纖與波導芯片的功率耦合串音值EW_。，以及波導輸出保偏光纖的線性雙折射Λιν。；
Δ nf-o (測量)=Sw-O (測量)/lw-0 (10.6)根據(jù)波導芯片的長度Iw，計算得到波導芯片快、慢軸之間的光程延遲量Sw (a奶，Swcai^=IwX Anwaa論)，線性雙折射Λnw (理論)按8X 10-2計；在器件偏振串音測試數(shù)據(jù)中，可以在輸入保偏尾纖、輸入延長保偏光纖、輸出保偏尾纖、輸出延長保偏光纖與波導芯片快、慢工作軸之間產(chǎn)生光程之和Sf_i (#]M)+Sff^i (#]e)+sff (理論)+SW—。(測量)+Sf—0 (測量)或者光程之差Sf_i (測量)+Sw—i (測量;)+Sw—。(測量)+Sf—。(j|ij^；)_Sw (理論)所對應(yīng)的橫坐標處，找到波導心片的偏振串首峰值，其幅值Ew的絕對值即為波導芯片的消光比；波導芯片串音峰值出現(xiàn)在光程之和Sf—ic測量)+Sw (測量；)+Sw_。(測量;)+Sf_。(測量;)處，可以確定波導尾纖的快軸與波導快軸對準，而出現(xiàn)在光程之差Sf_i (測量;)+Sw_i (測量;)+Sw_。(測量;)+Sf_。(?!]?)_SW (；理論;)則確定波導尾纖的丨受軸與波導快軸對準；根據(jù)測量得到的波導芯片的光程延遲量Sw (?ιΚ)和波導芯片的真實長度lw，計算得到波導芯片的線性雙折射Anwcl彳量)
A nW (測量)=Sw (測量)/Iwo
【文檔編號】G01M11/02GK103743551SQ201310739315
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】楊軍, 苑勇貴, 柴俊, 彭峰, 吳冰, 苑立波 申請人:哈爾濱工程大學