一种多功能铌酸锂集成器件的光学性能测量方法
【专利摘要】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。
【专利说明】一种多功能铌酸锂集成器件的光学性能测量方法
【技术领域】
[0001]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。
【背景技术】
[0002]多功能集成光学器件俗称“Y波导”，一般采用铌酸锂材料作为基底，它将单模光波导、光分束器、光调制器和光学偏振器进行了高度集成，是组成干涉型光纤陀螺(FOG)和光纤电流互感器的核心器件，决定着光纤传感系统的测量精度、稳定性、体积和成本。
[0003]波导芯片消光比是Y波导器件的重要参量，如:高精度精密级光纤陀螺中的使用的Y波导，其芯片消光比要求达到SOdB以上。例如:中国电子科技集团公司第四十四研究所的华勇、舒平等人提出的一种提高光纤陀螺用Y波导芯片消光比的方法(CN201310185490.2)，已经将波导芯片消光比提高到SOdB以上。但受限于测试仪器性能和测试方法，目前还无法实现高消光比Y波导芯片消光比准确测量。常用的偏振性能检测仪
器-消光比测试仪，分辨率最高的美国dBm Optics公司研制Model4810型偏振消光比测
量仪也仅有72dB，除此以外，美国General Photonics公司的ERM102型、韩国Fiberpro公司的ER2200型，日本Santec公司的PEM-330型最高消光比均只能达到50dB左右，无法满足SOdB以上高消光比Y波导器件的测试需求。
[0004]2OO2 年美国 Fibersense Technology Corporation 公司的 Alfred Healy 等人公开一种集成波导芯片的输入/输出光纤的耦合方法(US6870628)，利用白光干涉测量方法实现了波导芯片输入/输出光纤的耦合串音的测量；2004年北京航空航天大学的伊小素、肖文等人公开了一种光纤陀螺用集成光学调制器在线测试方法及其测试装置(CN200410003424.X)，可以实现器件的损耗、分光比等光学参数的测量；2007年北京航空航天大学的伊小素、徐小斌等人公开了一种Y波导芯片与保偏光纤在线对轴装置及其在线对轴方法(CN 200710064176.3)，利用干涉光谱法同样实现了波导芯片与波导输入/输出光纤串音的测量。上述专利均没有设计波导芯片消光比的测量。
[0005]Y波导由输入光纤、波导芯片和输出光纤三部分组成,传统的消光比测试均为集总式测量，只能得到Y波导器件整体的消光比数值，即器件所有的消光比之和，波导芯片消光t匕(50?80dB)淹没在了光纤尾纤与芯片耦合的消光比(30?40dB)之中，无法获得芯片的消光比。因此，Y波导器件芯片消光比的测量难点主要有:1)基于低相干原理的白光干涉仪可以实现分布式偏振串音的测量，可以对Y波导器件参数(包括芯片消光比)的测量，但是如何能够将偏振串音的分辨率提高到_90dB以上，实现对消光比高达80dB以上波导芯片的测量；2)为了提高空间分辨率，白光干涉仪普遍采用光谱较宽的SLD光源，但光源光谱纹波(ripple)将引起相干峰，其对应的偏振串音幅值大约在-50?-70dB之间，如果波导芯片的偏振串音峰值与其重叠，则芯片消光比极易淹没在其中，如何消除其影响是需要迫切接解决的问题；3)波导器件作为一个组件，芯片、尾纤等各组成的串音信号的准确区分，具有相当的难度，如何准确识别白光干涉信号是器件测试的难点之一。[0006]本发明公开了一种多功能铌酸锂集成光学器件(Y波导)的光学性能测量方法，包括波导器件输入/输出尾纤的长度选择与测量、波导器件光注入条件选择，波导芯片几何参数的测量、波导器件的分布式偏振串音特性测量，以及波导器件光学性能参数计算等步骤，其特征是利用白光干涉仪(或低相干测量装置)，在被测集成波导器件的输入/输出端，通过延长输入/输出端尾纤的长度，同时对注入到待测器件中的输入/输出检测光的预置角度进行设定，分别测量装置的偏振串音噪声本底数据和器件的分布式偏振串音数据；通过对二者的对比，可以获得若干由波导芯片、波导输入/输出尾纤、输入/输出延长光纤引入的偏振串音特征峰；利用对波导器件几何长度的测量数据，包括:输入/输出延长光纤的长度、波导输入/输出尾纤长度和波导芯片长度，可以计算得到波导器件芯片消光、芯片线性双折射，波导输入/输出端尾纤的耦合串音、输入/输出延长光纤焊点等多个光学参数。该方法消除了光源光谱纹波对测量的影响，提高了测量的准确性，可以实现O~85dB的超大消光比器件性能的测量，具有高空间分辨率等优点，可广泛用于芯片消光比在85dB以上的集成光学器件的定量评价，以及波导芯片和连接尾纤内部是否存在光学缺陷的识别与分析。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种消除了光源光谱纹波对测量的影响，实现波导芯片与尾纤对轴的自动识别，提高测试的准确性的多功能铌酸锂集成器件的光学性能测量方法。
[0008]本发明的目的是这样实现的:
[0009](I)测量波导器件输入保偏尾纤的长度Iim，检测传输在输入保偏尾纤快慢轴之间光波的光程差sw_i是否大于光 源光谱纹波产生的相干峰的光程SHpple，即
[0010]Sff_j> Sripple,
[0011]Sw^=ViXAnf, Anf保偏尾纤的线性双折射；
[0012](2)如果输入保偏尾纤的长度Iim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lf-1的输入延长保偏光纤满足光程差Sf_i大于光源光谱纹波产生的相干峰的光程sHpple;,即
[0013]SfJSripple
[0014]Sm=ImX Anf, Λ nf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Ih ；
[0015](3)测量波导芯片的长度Iw ；
[0016](4)测量波导器件输出保偏尾纤的长度lw_。，检测传输在输出保偏尾纤快慢轴之间光波的光程差Sw_。是否大于传输在波导芯片快慢轴之间光波的光程差sw，即
[0017]Sff_0>Sff, Sff_0=lff_0X Anf, Sff=IffX Anff, Δ nw 波导芯片的线性双折射；
[0018](5)如果输出保偏尾纤的长度1?_。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lf-。的输出延长保偏光纤的光程差ShSfJSw, Sf_0=lf_0X AnfJlJ量并记录输出延长保偏光纤的长度lf_o ；
[0019](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^*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Q1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Θ 2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° ；
[0020]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Θ i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92为90° -0° ；
[0021](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:μ m，纵坐标为偏振串音幅度E，单位:dB ;测量的光程扫描范围AS
[0022]AS>2 (Sh+Sh+Sw+Sw—JSf-O)
[0023]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；
[0024](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9工为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Θ工也为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92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° ；
[0025](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AS的要求与步骤7)相同；
[0026](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:
[0027](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:μ m,纵坐标对应偏振串首的幅度E，单位:dB ；
[0028](10.2)根据输入延长光纤的长度Im数值，计算得到输入延长保偏光纤的理论光程延迟数值Sf_i (理论)，Sf_i OS论)=lf_iX Anf (理论)，Anf (理论)按5X 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Sf_i(aife)的偏振串音峰值，其纵坐标数值对应焊点串音值Ef+横坐标对应为输入延长保偏光纤真实的光
程延迟星Sf(测量)；
[0029](10.3)根据波导输入保偏尾纤的长度Iim数值，计算得到波导输入保偏尾纤的理论光程延迟数值Sim (；理论)，Sff_j (理论)=lw-1 X Δ nf (；理论)，Δ nf (理论)按5X10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Sh的偏振串音峰值，其纵坐标耦合串音值Eim，横坐标对应真实的光程延迟量Sh (}Λβ)；
[0030](10.4)根据波导输入稱合光纤的长度Vi和其对应的真实光程延迟量Sw_i(Ma:),可以精确计算得到波导输入保偏光纤的线性双折射△ nf-1 (测量V
[0031 ] Δ (测量)=S^i (测量)/lw_i
[0032] (10.5)与步骤2)~步骤4)相同，根据输出延长保偏光纤的长度lf—。、波导输出光纤长度lw—。，可以确定延长保偏光纤与输出保偏尾纤的焊点串音值Ef—。、输出光纤与波导芯片的功率耦合串音值Ew—。，以及波导输出保偏光纤的线性双折射。；[0033]Δ nf—。(测量)=Svho (测量)/lw—0
[0034](10.6)根据波导芯片的长度Iw，计算得到波导芯片快、慢轴之间的光程延迟量Swοι论:>，Sw O^=IwX Λ，线性双折射Anwas论#8X10—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、te工作轴之间广生光程之和sf_i (?!]?) +sw_i (?!]?) +Sw (理论)+sw_。(测量;)+sf_。(测量；)或者光程之差sf-1 (测量)+sw—± (测量)+sw—。(测量)+sf—。(测量)_sw (理论)所对应的横坐标处，找到波导心片的偏振串音峰值，其幅值Ew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Sg
(测量)+Sw-1 (测量)
+Sff (测量)+Sw_。(测量)+Sf_。(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Sh (--) +Sff-1 (测量)+sw_。(测量)+Sf_。(测量厂Sw (理论)则确定波导尾纤的‘fe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sw(3?)和波导芯片的真实长度Iw，计算得到波导芯片的线性双折射Anw(3W)
[0035]Δ nw (测量)=Sff (测量)/Iw。
[0036]本发明的有益效果在于:
[0037]该方法不仅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；该方法允许通过对输入/输出光纤长度的选择，巧妙地避开了宽谱光源光谱纹波(ripple)引起相干峰对测量的影响，增加了可实现性和稳定性；该方法可以通过对比器件的偏振串音数据和测量装置的串音噪声本底，使待波导芯片、输入/输出尾纤、延长光纤焊点等产生的偏振串音峰值更加容易分辨，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，可以实现消光比85dB以上集成波导器件的测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1是Y波导器件的芯片消光比等光学参量的测试方法流程图；
[0039]图2是基于白光干涉测量装置的Y波导器件测试原理图；
[0040]图3是待侧器件与测试装置之间的输入0°~45°对准、输出45°~0°对准的示意图；
[0041]图4是待侧器件与测试装置之间的输入0°~0°对准、输出0°~0°对准的示意图；
[0042]图5是波导尾纤慢轴与波导芯片快轴对准，器件0°~0°接入测试装置时，测量得到的分布式偏振串音数据(测量装置的偏振串扰噪声)；
[0043]图6是波导尾纤慢轴与波导芯片快轴对准，器件的输入0°~45°、输出45°~0°接入测量装置时，测量得到的分布式偏振串音数据(Y波导器件的光学特性)；
[0044]图7是波导尾纤快轴与波导芯片快轴对准，器件0°~90°、90°~0°接入测试装置时，测量得到的分布式偏振串音数据(测量装置的偏振串扰噪声)；
[0045]图8是波导尾纤快轴与波导芯片快轴对准，器件的输入0°~45°、输出45°~0°接入测量装置时，测量得到的分布式偏振串音数据(Y波导器件的光学特性)。
【具体实施方式】
[0046]本发明提出的基于白光干涉仪测量装置的多功能铌酸锂集成光学器件(Y波导)的光学性能测量方法，分别在波导器件的保偏尾纤的快轴和慢轴均匀地注入信号光，通过测量波导器件传输轴(快轴)和截止轴(慢轴)的白光干涉信号幅度与传输轴自身干涉信号幅度之间的比值，获得波导芯片消光比、波导耦合串音等光学参数；测量步骤，包含波导器件输入/输出尾纤的长度选择与测量、波导芯片几何参数的测量、波导器件光注入条件选择、波导器件的分布式偏振串音特性测量，以及波导器件光学性能参数计算，具体过程如附图1所示:
[0047]I)测量波导器件输入保偏尾纤21的长度，要求传输在尾纤21快慢轴之间光波的光程差Sw_i (Sim=IimX Anf, Δ nf保偏尾纤的线性双折射)大于光源11光谱纹波产生的相干峰的光程SHpple，即满足
[0048]Sff-^Sripple (I)
[0049]2)如果输入尾纤21的长度Iim不满足(I)式，则焊接一段延长保偏光纤25，要求焊点24的对轴角度为0° -0°，同时延长光纤25的光纤长度Ih需要满足光程差Sh(Sm=ImX Anf, Anf保偏尾纤的线性双折射)大于光源11光谱纹波产生的相干峰的光程S_ple，即满足
[0050]Sf-^Sripple (2)
[0051]测量并记录延长光纤25的长度；
[0052]3)测量波导芯片22的长度Iw ；
[0053]4)测量波导器件输出保偏尾纤23的长度lw_。，要求传输在尾纤23快慢轴之间光波的光程差sw_。(Sff_0=lff_0X Anf)大于传输在波导芯片22快慢轴之间光波的光程差Sw(Sff=IffX Anff,八％波导芯片的线性双折射)，即满足
[0054] Sff_0>Sff (3)
[0055]5)如果输出尾纤23的长度lw_。不满足3式要求，则焊接一段延长保偏光纤27 ;要求焊点25的对轴角度为0° -0°，同时长度lf_。延长光纤27的光程差SfJSfI=I^X Anf)的需要满足
[0056]Sf_0>Sff (4)
[0057]测量并记录延长光纤27的长度lf_。；
[0058]6)首次测试波导器件时，其输入/输出尾纤21、23慢轴与波导芯片22的传输轴(快轴)对准时，器件的光注入条件应该满足:无输入延长光纤25时，输入保偏尾纤21与白光干涉仪输出起偏器15的尾纤16的对轴角度Θ i为0° -0° ;有输入延长光纤25时,延长光纤25与尾纤16的对轴角度Θ工也为0° -0° ;无输出延长光纤27时,输出保偏尾纤23与尾纤31的对轴角度02为0° -0° ;有输出延长光纤27时，延长光纤27与尾纤31的对轴角度θ2也为0° -0° ；
[0059]其输入/输出尾纤21、23快轴与波导芯片22的传输轴(快轴)对准时，器件的光注入条件应该满足:输入保偏尾纤21或者延长光纤25与尾纤16的对轴角度Q1SiT -90° ；输出保偏尾纤23或者输入延长光纤27与尾纤31的对轴角度Θ 2为90° -0° ；
[0060]7)启动白光干涉仪，获得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:μ m)，纵坐标为偏振串音幅度E(单位:dB);测量的光程扫描范围AS需要满足
[0061]AS>2 (Sf—i+Sw-1+Sw+Sh+Sf—。) (5)[0062]并且，光程扫描范围的中点尽量选择为偏振串音测量数据的最大峰值的位置。
[0063]8)变换波导器件的光注入条件:无输入延长光纤25时,输入保偏尾纤21与白光干涉仪输出起偏器15的尾纤16的对轴角度Q1SiT -45° ;有输入延长光纤25时，延长光纤25与尾纤16的对轴角度Θ i也为0° -45° ;无输出延长光纤27时,输出保偏尾纤23与白光干涉仪输入检偏器32的尾纤31的对轴角度-0° ;有输出延长光纤27时，延长光纤27与尾纤31的对轴角度θ2也为45° -0° ；
[0064]9)启动白光干涉仪，获得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AS的要求与步骤7)相同；
[0065]10)如果已知白光干涉仪的偏振串音本底数据，可以略过测量步骤6)和7)直接获得仪器的光学偏振串音测量数据，通过对数据的分析和计算，可以一次性地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、尾纤的线性双折射等
光学参量。
[0066]输入保偏尾纤21、输出保偏尾纤23和延长保偏光纤25、延长保偏光纤27的长度选择依据，其特征是:输入保偏尾纤21、输出保偏尾纤23的长度选择依据可以对换，相应的延长保偏光纤25、延长保偏光纤27的长度选择依据也需要同时对换。
[0067]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、尾纤的线性双折射的计算步骤是:
[0068]I)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(或已知)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/输出尾纤、输出/输出延长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:μ m)，纵坐标对应偏振串音的幅度E (单位:dB);`[0069]2)输入延长光纤25的长度Ih数值，可以计算得到输入延长光纤25的理论光程延迟数值Sf_i (理论)(Sm (^)=1μΧ Anf (理论)，Anf (理论)按5X 10_4计)；器件偏振串音测试数据中，可以确定满足光程延迟量Sh Oiife)的偏振串音峰值是由延长保偏光纤25与输入保偏尾纤21的焊点24引起，其纵坐标数值对应焊点24串音值Em，横坐标对应为延迟光纤真实的光程延迟里Sm (测量)；
[0070]3)根据波导输入光纤21的长度Iim数值，可以计算得到波导输入光纤21的理论光程延迟数值Sim Qg论)(Sff_j (--) =lff-1 X ^ nf o论)，Δ nf (；理论)按5 X 10计);器件测试数据中，可以确定满足光程延迟量的偏振串音峰值是由输入光纤21与波导芯片22的功率耦合串音引起，其纵坐标耦合串音值Eim，横坐标对应真实的光程延迟量 Sf-1(测量)+Sw-1
(测量)；
[0071]4)根据波导输入耦合光纤21的长度lw—i和其对应的真实光程延迟量
Sw-1 (测量P 可
以精确计算得到波导输入保偏光纤21的线性双折射Arvi (|?)，它由(6)式确定:
[0072]Δrif—i (测量fSw—i (测量Wi (5)
[0073]5)与2)~4)步骤类似，根据输出延长保偏光纤27的长度lf_。、波导输出光纤23长度lw-。，可以确定延长保偏光纤(27)与输出保偏尾纤23的焊点26串音值Ef_1、输出光纤23与波导芯片22的功率耦合串音值Ew_。，以及波导输出保偏光纤23的线性双折射Anf_。；
[0074]Δnf_。(测量)=SW_。(测量)/lw_。 (6)
[0075]6)根据波导芯片22的长度Iw，可计算得到其快、慢轴之间的光程延迟量Sw(aife)(Sw(Jgi^)=IffX Δnw(a论),线性双折射Anwoa论)按8X10 2计);在器件偏振串首测试数据中，可以在输入保偏尾纤21、延长保偏光纤25、输出保偏尾纤23、延长保偏光纤27与波导芯片22快、te工作轴之间广生光程差之和(Sf_i (测量(JijiijM)+Sff (理论)+Sw_。(测量)+Sf_。(测量))或者光程之差(Sf-1 (测量)+Sw_i (--Μ) +Sff-O (测量)+Sf_。(--)_Sff (理论))所对应的横坐标处，找到波导心片22的偏振串音峰值，其幅值Ew的绝对值即为波导芯片22的消光比；波导芯片22串音峰值出现在上述光程之和(Sf(--) +Sff-1 (aμ) +Sff (--) +Sff_0 (--) +Sf_0 (--))处，可以确定波导尾纤的快轴与波导快轴对准，而出现在上述光程之差(Sf_i (--) +Sff-1 (测量)+Sw_。(aμ) +Sf-0 (JiM)-Sw (测量))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22的光程延迟量Sw(3?)和波导芯片22的真实长度Iw，可以精确计算得到波导芯片22的线性双折射Anw(3tt)
[0076]Δnw (测量)=Sff (测量)/Iw (7)
[0077]基于白光干涉仪测量装置的一种多功能铌酸锂集成光学器件(Y波导)的光学性能测量方法，其测试原理如附图2所示。由光源模块I发出的检测光经过待测器件2，带有器件光学特征的信号光被送入白光测量装置3中，借助于光电探测、处理模块4，可以一次性地获得波导芯片消光比、线性双折射等多个光学参量。测量装置的具体功能为:
[0078]宽谱光源11发出信号光经过2/98的耦合器12，2%的功率被送入到探测器(PDO)13，用于检测光源功率，其余98%经过隔离器(ISO)14后，被起偏器(LP)15变为高稳定的宽谱偏振光，经过起偏器的输出尾纤16，通过焊点(或者连接器)17，将检测光注入到待测波导器件2中；
[0079]波导器件2至少由输入光纤、波导芯片和输出光纤3部分组成，器件中存在的若干光学不连续点，包括:波导芯片、光纤与波导耦合点、光纤焊点，以及其他波导内部和光纤内部的缺陷等，会使传输在待侧集成光学器件中一个特征轴(例如快轴)的信号光能量的一部分耦合到正交的另外一个特征轴(例如慢轴)中，形成一系列的耦合光束，耦合光束的强度和光程位置 与器件的光学性能一一对应。
[0080]上述耦合光束连同剩余的传输光束通过焊点(或者连接器)30输出到白光测量装置3中，由于光纤和铌酸锂波导存在线性双折射，两个特征轴之间存在的折射率差使传输光和稱合光在光程上发生分立；上述光束经过检偏器32的偏振极化后，由光纤稱合器33分别均匀地分成两部分，能量的一半传输在光纤34组成的参考臂中，到达光纤耦合器38 ;能量的另外一半传输在由光纤环行器35、自聚焦透镜36和移动反射镜37组成的扫描臂中，同样到达耦合器38与参考臂光束白光干涉信号，被差分探测器391、392接收并将光信号转换为电信号。此信号经过信号解调电路41处理后，送入测量计算机42中；测量计算机42另外还要负责控制移动反射镜37实现光程扫描。
[0081]当M-Z干涉仪的移动反射镜37进行光程扫描，使传输光与耦合光发生光程匹配，将产生白光干涉信号，其峰值幅度对应耦合光的幅度；白光干涉信号峰值之间的光程差异对应耦合光发生的空间位置，因此通过对波导器件内一系列耦合光白光干涉信号强度和光程位置的探测，可以获得器件内部消光比、光纤耦合点、光纤焊点等光学特性的测量。
[0082]如图3所示，当待测波导器件2与宽谱光源I和白光测量装置3的对准角度为0°~45°、45°~0°对准时，获得的白光干涉信号的幅度和光程延迟量，可以如下式表示:[0083]
【权利要求】
1.一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lw-1，检测传输在输入保偏尾纤快慢轴之间光波的光程差sw_i是否大于光源光谱纹波产生的相干峰的光程SHpple，即
Sw—i〉Srippie， S1H=ViX Δηf?，Δ%保偏尾纤的线性双折射； (2)如果输入保偏尾纤的长度lw_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Ih的输入延长保偏光纤满足光程差sf_i大于光源光谱纹波产生的相干峰的光程s_ple，即
Sf—i〉Srippie Sm=ImX Anf, Anf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lf-1 ; (3)测量波导芯片的长度Iw; (4)测量波导器件输出保偏尾纤的长度lw_。，检测传输在输出保偏尾纤快慢轴之间光波的光程差sw_。是否大于传输在波导芯片快慢轴之间光波的光程差Sw,即
SW_0>SW, SW_0=1W_0X Anf, Sff=IffX Anff, Δ nw 波导芯片的线性双折射； (5)如果输出保偏尾纤的长度1?_。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lf-。的输出延长保偏光纤的光程差Sf_0Sf_0>Sff, Sf_0=lf_0X AnfJlJ量并记录输出延长保偏光纤的长度lf_。； (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Q1Scr -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Θ工也为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^2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Θ 2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Θ i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02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:μ m,纵坐标为偏振串音幅度E，单位:dB ;测量的光程扫描范围AS AS>2 (Sf-1+Sw-1+Sw+Sw-0+Sf-0) 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Q1SiT -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Θ工也为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Θ 2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AS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:μ m,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Im数值，计算得到输入延长保偏光纤的理论光程延迟数值Sh
(理论Sf-1 (理论X Δ Hf (理论Δ nf (理论)? 5Χ10_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Sh (aito的偏振串音峰值，其纵坐标数值对应焊点串音值Eh,横坐标对应为输入延长保偏光纤真实的光程延ififi Sf-1 (测量)； (10.3)根据波导输入保偏尾纤的长度lw_i数值，计算得到波导输入保偏尾纤的理论光程延迟数值Sim Sff_j (--) =lff-1X ^nf (；理论)，Δnf (理论)按5X 10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Sh的偏振串音峰值，其纵坐标耦合串音值Eim，横坐标对应真实的光程延迟量Sh(}Λβ)； (10.4)根据波导输入f禹合光纤的长度lw_i和其对应的真实光程延迟量Sw_i(Ma:),可以精确计算得到波导输入保偏光纤的线性双折射△ nf-1 (测量V
Δ nf-1 (测量)=Sw-1 (测量)/lw-1 (?ο.5)与步骤2)~步 骤4)相同，根据输出延长保偏光纤的长度lf_。、波导输出光纤长度I。，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_。、输出光纤与波导芯片的功率耦合串音值EW_。，以及波导输出保偏光纤的线性双折射Λιν。；
Δ nf-o (测量)=Sw-O (测量)/lw-0 (10.6)根据波导芯片的长度Iw，计算得到波导芯片快、慢轴之间的光程延迟量Sw (a奶，Swcai^=IwX Anwaa论)，线性双折射Λnw (理论)按8X 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Sf_i (#]M)+Sff^i (#]e)+sff (理论)+SW—。(测量)+Sf—0 (测量)或者光程之差Sf_i (测量)+Sw—i (测量;)+Sw—。(测量)+Sf—。(j|ij^；)_Sw (理论)所对应的横坐标处，找到波导心片的偏振串首峰值，其幅值Ew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Sf—ic测量)+Sw (测量；)+Sw_。(测量;)+Sf_。(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Sf_i (测量;)+Sw_i (测量;)+Sw_。(测量;)+Sf_。(?!]?)_SW (；理论;)则确定波导尾纤的丨受轴与波导快轴对准；根据测量得到的波导芯片的光程延迟量Sw (?ιΚ)和波导芯片的真实长度lw，计算得到波导芯片的线性双折射Anwcl彳量)
A nW (测量)=Sw (测量)/Iwo
【文档编号】G01M11/02GK103743551SQ201310739315
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】杨军, 苑勇贵, 柴俊, 彭峰, 吴冰, 苑立波 申请人:哈尔滨工程大学