一种对光波导通光性能进行测试的方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于扫描近场光学显微镜的对光波导通光性能进行测试的方法，该方法基于包括激光器、具有光波导的光波导器件、扫描驱动装置、输入近场光纤探针、输出近场光纤探针、信号发生器、锁相放大器、微纳操作臂、探测设备、控制箱和计算机的测试系统实现，包括：首先把制备的波导器件用胶粘剂粘在样品盒上；然后通过电镜寻找到光波导的位置，通过微纳操作臂将近场光纤探针移到光波导的某处，通过输入近场光纤探针引入光信号；输出光信号经输出近场光纤探针传输到探测设备中；通过扫描台驱动光波导在X和Y方向逐点扫描，得到整个光波导的近场光学图像；完成光波导芯片的测试。利用本发明，能够精确测试光波导器件的通光性能。
【专利说明】一种对光波导通光性能进行测试的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光波导器件测试【技术领域】，尤其是一种基于扫描近场光学显微镜的对光波导通光性能进行测试的方法。
【背景技术】
[0002]自从光学显微镜出现以来，人们一直在为提高显微镜的分辨率进行着不懈的努力。自18世纪后，光学显微镜的分辨率已经没有实质性的提高了，这主要是由于存在一个由衍射效应决定的分辨率极限。随后，人们提出了扫描电子显微镜、扫描隧道显微镜等，虽然这些显微镜的分辨率有了惊人的提高，但是它们存在一些根本性的弱点。例如，它们对样品的要求较高，而且对样品的环境要求也很高，从而使这类显微镜在使用上有局限。因此，人们又将目光放在了光学显微镜了，这样就出现了扫描近场光学显微镜。扫描近场光学显微镜不但有超分辨率，而且能获得样品的近场光学像，这对于生物样品和光电子器件的测试有着革命性的意义。
[0003]随着现在纳米科学的深入研究，人们对纳米材料和各种纳米器件的表征显得格外迫切。而扫描电子显微镜只能得到器件的表面形貌图像，不能对器件的性能进行动态检测。随着微纳米加工技术的进步，光波导芯片的尺寸也逐渐减小，虽然光波导器件的小型化有利于实现大规模的芯片集成，但是芯片的测试难度却大大增加。
[0004]传统的对光波导通光性能测试方法有滑动棱镜法、三棱镜耦合法等，这些都是利用棱镜依次将传输线上各点的光耦合出来进行测量。滑动棱镜法需要在波导表面反复滑动棱镜，这要求很复杂的实验技巧，而且会对波导的表面造成伤害。三棱镜耦合法需要光波导比较长。
【发明内容】
[0005](一 )要解决的技术问题
[0006]本发明的目的在于提供一种对光波导通光性能进行测试的方法，以精确测试光波导器件的通光性能，实现光波导动态特性的观测。
[0007]( 二 )技术方案
[0008]为达到上述目的，本发明提供了一种对光波导通光性能进行测试的方法，该方法基于包括激光器4、具有光波导2的光波导器件、扫描驱动装置3、输入近场光纤探针12、输出近场光纤探针11、信号发生器5、锁相放大器6、微纳操作臂7、探测设备8、控制箱9和计算机10的测试系统实现，该方法包括:
[0009]步骤1:将具有光波导2的光波导器件用胶粘剂粘在样品盒上；
[0010]步骤2:利用环境扫描电子显微镜在光波导器件中寻找到光波导2的具体位置，然后通过调节微纳操作臂7将输入近场光纤探针12移到光波导2的某处，通过输入近场光纤探针12将激光器4发出的光信号引入光波导2 ；
[0011]步骤3:从光波导2输出的光信号经输出近场光纤探针11传输到探测设备8中进行探测扫描，扫描结果通过控制箱9进入计算机10，由计算机10对扫描结果进行数据处理；
[0012]步骤4:通过扫描驱动装置3驱动光波导2在X和Y方向被逐点扫描，将扫描结果输送到计算机10进行数据处理，得到整个光波导器件的近场光学图像；
[0013]步骤5:从得到的光波导器件的近场光学像和器件的表面结构像，得到光波导的通光性能及损耗特性，完成光波导通光性能的测试。
[0014]上述方案中，步骤I中所述胶粘剂是白乳胶或双面胶。
[0015]上述方案中，步骤2中所述输入近场光纤探针是拉锥石英光纤探针，探针尖端尺寸小于IOOnm。
[0016]上述方案中，步骤3中所述输出近场光纤探针11是带有石英音叉的拉锥石英光纤探针。
[0017]上述方案中，步骤3中所述探测设备8是光电倍增管。
[0018]上述方案中，步骤4中所述扫描驱动装置3是压电陶瓷管或压电陶瓷扫描台。
[0019](三)有益效果
[0020]从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果:
[0021]1、本发明提供的基于扫描近场光学显微镜的对光波导通光性能进行测试的方法，通过借助扫描近场光学显微镜的超分辨成像特点，能够精确测试光波导器件的通光性能，尤其对于小尺寸的光波导器件，能很方便的测得它的通光性能。
[0022]2、本发明提供的基于扫描近场光学显微镜的对光波导通光性能进行测试的方法，具有体积小，操作简便，结构简单的特点，能够对各种光波导器件进行无损测试。
[0023]3、本发明提供的基于扫描近场光学显微镜的对光波导通光性能进行测试的方法，能够很好的实现光波导动态特性的观测，可以实时的观测到波导的漏光以及表面粗燥度，能够广泛用于光波导的制备及测试中。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]为了进一步说明本发明的内容及特点，结合一下附图及实施方式作详细的描述，其中:
[0025]图1是本发明提供的基于扫描近场光学显微镜的对光波导通光性能进行测试的方法流程图；
[0026]图2是依照本发明实施例的马赫-增德调制器的结构示意图；
[0027]图3是图2中光纤探针与光波导的相对位置示意图；
[0028]图4是依照本发明实施的基于扫描近场光学显微镜的对光波导通光性能进行测试的示意图。
【具体实施方式】
[0029]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施的基于扫描近场光学显微镜的光波导测试方法进一步详细说明。
[0030]请参阅图1-图4，本发明提供的基于扫描近场光学显微镜的对光波导通光性能进行测试的方法，该方法基于包括激光器4、具有光波导2的光波导器件、扫描驱动装置3、输入近场光纤探针12、输出近场光纤探针11、信号发生器5、锁相放大器6、微纳操作臂7、探测设备8、控制箱9和计算机10的测试系统实现，该方法包括:
[0031]步骤1:将具有光波导2的光波导器件用胶粘剂粘在样品盒上；该胶粘剂是白乳胶或双面胶等粘合材料；
[0032]步骤2:利用环境扫描电子显微镜在光波导器件中寻找到光波导2的具体位置，然后通过调节微纳操作臂7将输入近场光纤探针12移到光波导2的某处，通过输入近场光纤探针12将激光器4发出的光信号引入光波导2 ;其中，输入近场光纤探针是拉锥石英光纤探针，探针尖端尺寸小于lOOnm。
[0033]步骤3:从光波导2输出的光信号经输出近场光纤探针11传输到探测设备8中进行探测扫描，扫描结果通过控制箱9进入计算机10，由计算机10对扫描结果进行数据处理；其中，输出近场光纤探针(11)是带有石英音叉的拉锥石英光纤探针，探测设备(8)是光电
倍增管。
[0034]步骤4:通过扫描驱动装置3驱动光波导2在X和Y方向被逐点扫描，将扫描结果输送到计算机10进行数据处理，得到整个光波导器件的近场光学图像；其中，扫描驱动装置(3)是压电陶瓷管或压电陶瓷扫描台。
[0035]步骤5:从得到的光波导器件的近场光学像和器件的表面结构像，得到光波导的通光性能及损耗特性，完成光波导通光性能的测试。
[0036]实施例
[0037]本发明提出的基于扫描近场光学显微镜的对光波导通光性能进行测试的方法，可以对各种光波导的通光性能进行测试，下面以马赫-增德调制器为例来具体说明。
[0038]马赫-增德调制器的结构如图2所示，包括绝缘层I和光波导2，绝缘层I的中间是光波导2，本实施例就是要测试马赫-增德调制器中的光波导2的通光特性，具体包括:
[0039]首先用剪头镊子从白乳胶胶水瓶中蘸取少量胶水，并涂于制备好的马赫-增德调制器芯片的背面，将它固定在样品盒上。胶水涂覆的长度与宽度应小于马赫-增德调制器芯片的尺寸，避免粘住芯片后部分胶水从芯片下部溢出来而影响输入拉锥光纤探针与光波导的对准。
[0040]利用环境扫描电子显微镜在马赫-增德调制器中寻找到光波导2的具体位置，控制微纳操作臂7将输入近场光纤探针12移到待测光波导的某处，并通过旋转微纳操作臂7的角度，使得马赫-增德调制器芯片的表面与输入近场光纤探针12的扫描面基本平行，激光器4发出的光耦合到输入近场光纤探针12中，如图3所示。输入近场光纤探针12在微纳操作臂7的带动和石英音叉剪切力的反馈控制下，小心逼近马赫-增德调制器的表面。被激发发出的近场光学信号由输出近场光纤探针11收集，经过尾纤传递到光电倍增管8中。控制扫描台3带动马赫-增德调制器在X和Y方向逐点扫描，同时，将信号发生器5连接到光纤探针的音叉输入端，将音叉输出的信号接入锁相放大器6中，利用控制箱9控制扫描台3和输出近场光纤探针11之间的距离，最后通过计算机10进行数据采集与处理，从而得到光波导的近场光学像，如图4所示。同时由于在石英音叉的剪切力反馈控制下进行扫描，所以可以得到光波导器件的表面形貌像。通过分析近场光学像可以知道波导的通光及漏光特性。
[0041]测试完成后，首先分别移开输出近场光纤探针和输入近场光纤探针，避免它们与芯片的碰撞而损坏光纤头。把粘有芯片的样品盒用镊子取下，浸泡在丙酮溶液中，不断摇晃震荡，待芯片与样品盒完全分离后，用镊子取出，分别用无水乙醇和去离子水清洗，最后用氮气枪吹干即可。
[0042]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种对光波导通光性能进行测试的方法，其特征在于，该方法基于包括激光器(4)、具有光波导(2)的光波导器件、扫描驱动装置(3)、输入近场光纤探针(12)、输出近场光纤探针(11)、信号发生器(5)、锁相放大器(6)、微纳操作臂(7)、探测设备(8)、控制箱(9)和计算机(10)的测试系统实现，该方法包括: 步骤1:将具有光波导(2)的光波导器件用胶粘剂粘在样品盒上； 步骤2:利用环境扫描电子显微镜在光波导器件中寻找到光波导(2)的具体位置，然后通过调节微纳操作臂(7)将输入近场光纤探针(12)移到光波导(2)的某处，通过输入近场光纤探针(12)将激光器(4)发出的光信号引入光波导(2); 步骤3:从光波导⑵输出的光信号经输出近场光纤探针(11)传输到探测设备⑶中进行探测扫描，扫描结果通过控制箱(9)进入计算机(10)，由计算机(10)对扫描结果进行数据处理； 步骤4:通过扫描驱动装置(3)驱动光波导(2)在X和Y方向被逐点扫描，将扫描结果输送到计算机(10)进行数据处理，得到整个光波导器件的近场光学图像； 步骤5:从得到的光波导器件的近场光学像和器件的表面结构像，得到光波导的通光性能及损耗特性，完成光波导通光性能的测试。
2.根据权利要求1所述的对光波导通光性能进行测试的方法，其特征在于，步骤I中所述胶粘剂是白乳胶或双面胶。
3.根据权利要求1所述的对光波导通光性能进行测试的方法，其特征在于，步骤2中所述输入近场光纤探针是拉锥石英光纤探针，探针尖端尺寸小于lOOnm。
4.根据权利要求1所述的对光波导通光性能进行测试的方法，其特征在于，步骤3中所述输出近场光纤探针(11)是带有石英音叉的拉锥石英光纤探针。
5.根据权利要求1所述的对光波导通光性能进行测试的方法，其特征在于，步骤3中所述探测设备(8)是光电倍增管。
6.根据权利要求1所述的对光波导通光性能进行测试的方法，其特征在于，步骤4中所述扫描驱动装置(3)是压电陶瓷管或压电陶瓷扫描台。
【文档编号】G01M11/02GK103528798SQ201310498613
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】杨惠霞, 谢亮, 王瑞 申请人:中国科学院半导体研究所