一种多功能铌酸锂集成器件的光学性能测量方法

摘要

本发明属于光学器件测量技术领域，具体涉及到一种多功能铌酸锂集成器件的光学性能测量方法。本方法包括：测量波导器件输入保偏尾纤的长度；测量波导芯片的长度；测量波导器件输出保偏尾纤的长度；对准输入/输出尾纤慢轴与波导芯片的传输轴；获取第一次分布式偏振串音测量结果；变换波导器件的光注入条件；获取第二次分布式偏振串音测量结果；通过对数据的分析和计算，获得波导器件光学参量。该方法可以准确地获得波导芯片的消光比和线性双折射，还能够同时获得芯片波导输入/输出端尾纤的耦合串音、线性双折射，输入/输出延长光纤焊点，以及波导芯片和连接尾纤内部光学缺陷；降低了信号读取与识别的难度，简化了数据分析与处理的过程。

主权项

一种多功能铌酸锂集成器件的光学性能测量方法，其特征在于：（1）测量波导器件输入保偏尾纤的长度l_W‑i，检测传输在输入保偏尾纤快慢轴之间光波的光程差S_W‑i是否大于光源光谱纹波产生的相干峰的光程S_ripple，即S_W‑i>S_ripple，S_W‑i=l_W‑i×Δn_f，Δn_f保偏尾纤的线性双折射；（2）如果输入保偏尾纤的长度l_W‑i不满足步骤2）中的条件，则在输入尾纤上焊接一段延长保偏光纤，焊点的对轴角度为0°‑0°，长度为l_f‑i的输入延长保偏光纤满足光程差S_f‑i大于光源光谱纹波产生的相干峰的光程S_ripple，即S_f‑i>S_rippleS_f‑i=l_f‑i×Δn_f，Δn_f保偏尾纤的线性双折射，测量并记录输入延长保偏光纤的长度l_f‑i；（3）测量波导芯片的长度l_W；（4）测量波导器件输出保偏尾纤的长度l_W‑o，检测传输在输出保偏尾纤快慢轴之间光波的光程差S_W‑o是否大于传输在波导芯片快慢轴之间光波的光程差S_W，即S_W‑o>S_W，S_W‑o=l_W‑o×Δn_f，S_W=l_W×Δn_W，Δn_W波导芯片的线性双折射；（5）如果输出保偏尾纤的长度l_W‑o不满足步骤4）的条件，则在输出保偏尾纤上焊接一段延长保偏光纤，焊点的对轴角度为0°‑0°，长度为l_f‑o的输出延长保偏光纤的光程差S_f‑oS_f‑o>S_W，S_f‑o=l_f‑o×Δn_f，测量并记录输出延长保偏光纤的长度l_f‑o；（6）对准输入或输出保偏尾纤的慢轴与波导芯片的传输轴，无输入延长保偏光纤时，输入保偏尾纤与白光干涉仪输出起偏器的尾纤的对轴角度θ₁为0°‑0°；有输入延长保偏光纤时，延长光纤与白光干涉仪输出起偏器的尾纤的对轴角度θ₁也为0°‑0°；无输出延长保偏光纤时，输出保偏尾纤与白光干涉仪输入检偏器的尾纤的对轴角度θ₂为0°‑0°；有输出延长保偏光纤时，输出延长保偏光纤与白光干涉仪输入检偏器的尾纤的对轴角度θ₂也为0°‑0°；对准准输入或输出保偏尾纤快轴与波导芯片的传输轴，输入保偏尾纤或者输入延长保偏光纤与白光干涉仪输出检偏器的尾纤的对轴角度θ₁为0°‑90°；输出保偏尾纤或者输出延长保偏光纤与白光干涉仪输入检偏器的尾纤的对轴角度θ₂为90°‑0°；（7）获取第一次分布式偏振串音测量结果，即白光干涉仪的仪器偏振串音噪声本底数据，其横坐标为扫描光程数值S，单位：μm，纵坐标为偏振串音幅度E，单位：dB；测量的光程扫描范围ΔSΔS>2（S_f‑i+S_W‑i+S_W+S_W‑o+S_f‑o）并且，光程扫描范围的中点为偏振串音测量数据的最大峰值的位置；（8）变换波导器件的光注入条件：无输入延长保偏光纤时，输入保偏尾纤与白光干涉仪输入起偏器的尾纤的对轴角度θ₁为0°‑45°；有输入延长保偏光纤时，输入延长保偏光与白光干涉仪输入起偏器的尾纤的对轴角度θ₁也为0°‑45°；无输出延长光纤时，输出保偏尾纤与白光干涉仪输出检偏器的尾纤的对轴角度θ₂为45°‑0°；有输出延长光纤时，延长光纤与尾纤的对轴角度θ₂也为45°‑0°；（9）获取第二次分布式偏振串音测量结果，即器件的光学偏振串音测量数据，其光程扫描范围ΔS的要求与步骤7）相同；（10）通过对数据的分析和计算，获得波导器件的芯片消光、芯片的线性双折射，波导输入/输出端尾纤的耦合串音、尾纤的线性双折射光学参量：（10.1）将测量步骤（9）获得的器件分布式偏振串音测量结果与步骤（7）获得的白光干涉仪的仪器偏振串音本底数据进行对比，可以获得若干由波导芯片、波导输入或输出保偏尾纤、输出或输出延长保偏光纤引入的偏振串音特征峰，峰值的横坐标对应光程差S，单位：μm，纵坐标对应偏振串音的幅度E，单位：dB；（10.2）根据输入延长光纤的长度l_f‑i数值，计算得到输入延长保偏光纤的理论光程延迟数值S_{f‑i（理论）}，S_{f‑i（理论）}=l_f‑i×Δn_{f（理论）}，Δn_{f（理论）}按5×10^‑4计；器件偏振串音测试数据中，确定由输入延长保偏光纤与输入保偏尾纤的焊点引起的满足光程延迟量S_{f‑i（理论）}的偏振串音峰值，其纵坐标数值对应焊点串音值E_f‑i，横坐标对应为输入延长保偏光纤真实的光程延迟量S_{f‑i（测量）}；（10.3）根据波导输入保偏尾纤的长度l_W‑i数值，计算得到波导输入保偏尾纤的理论光程延迟数值S_{W‑i（理论）}，S_{W‑i（理论）}=l_W‑i×Δn_{f（理论）}，Δn_{f（理论）}按5×10^‑4计；器件测试数据中，确定由输入保偏尾纤音引起的满足光程延迟量S_{f‑i（测量）}+S_{W‑i（理论）}的偏振串音峰值，其纵坐标耦合串音值E_W‑i，横坐标对应真实的光程延迟量S_{f‑i（测量）}+S_{W‑i（测量）}；（10.4）根据波导输入耦合光纤的长度l_W‑i和其对应的真实光程延迟量S_{W‑i（测量）}，可以精确计算得到波导输入保偏光纤的线性双折射Δn_{f‑i（测量）}，Δn_{f‑i（测量）}=S_{W‑i（测量）}/l_W‑i（10.5）与步骤2）～步骤4）相同，根据输出延长保偏光纤的长度l_f‑o、波导输出光纤长度l_W‑o，可以确定延长保偏光纤与输出保偏尾纤的焊点串音值E_f‑o、输出光纤与波导芯片的功率耦合串音值E_W‑o，以及波导输出保偏光纤的线性双折射Δn_W‑o；Δn_{f‑o（测量）}=S_{W‑o（测量）}/l_W‑o（10.6）根据波导芯片的长度l_W，计算得到波导芯片快、慢轴之间的光程延迟量S_{W（理论）}，S_{W（理论）}=l_W×Δn_{W（理论）}，线性双折射Δn_{W（理论）}按8×10^‑2计；在器件偏振串音测试数据中，可以在输入保偏尾纤、输入延长保偏光纤、输出保偏尾纤、输出延长保偏光纤与波导芯片快、慢工作轴之间产生光程之和S_{f‑i（测量）}+S_{W‑i（测量）}+S_{W（理论）}+S_{W‑o（测量）}+S_{f‑o（测量）}或者光程之差S_{f‑i（测量）}+S_{W‑i（测量）}+S_{W‑o（测量）}+S_{f‑o（测量）}‑S_{W（理论）}所对应的横坐标处，找到波导芯片的偏振串音峰值，其幅值E_W的绝对值即为波导芯片的消光比；波导芯片串音峰值出现在光程之和S_{f‑i（测量）}+S_{W‑i（测量）}+S_{W（测量）}+S_{W‑o（测量）}+S_{f‑o（测量）}处，可以确定波导尾纤的快轴与波导快轴对准，而出现在光程之差S_{f‑i（测量）}+S_{W‑i（测量）}+S_{W‑o（测量）}+S_{f‑o（测量）}‑S_{W（理论）}则确定波导尾纤的慢轴与波导快轴对准；根据测量得到的波导芯片的光程延迟量S_{W（测量）}和波导芯片的真实长度l_W，计算得到波导芯片的线性双折射Δn_{W（测量）}Δn_{W（测量）}=S_{W（测量）}/l_W。