[實用新型]基于OFDR的硅光芯片溫度測量裝置

有效

• 申請號: 201821487616.6
• 申請日: 2018-09-12
• 公開（公告）號: CN208833396U
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 王輝文;張曉磊;溫永強
• 申請（專利權）人: 武漢雋龍科技股份有限公司
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅

本實用新型公開了一種基于OFDR的硅光芯片溫度測量裝置，該裝置包括線性掃頻激光器、光纖分束器、光纖環形器、硅光芯片、模斑變換器、光纖耦合器、光電探測器、數據采集卡和計算機。本實用新型基于光頻域反射技術，將待測硅光芯片本身作為傳感器，光通過模斑變換器進出芯片。該測量方式具有空間分辨率高、精度高的特點，解決了傳統傳感手段傳感器布設復雜、測量結果易受外界影響等問題，特別適用于微小硅光芯片溫度測量。

技術領域

本實用新型涉及光學測量領域，尤其涉及一種基于OFDR的硅光芯片溫度測量裝置。

背景技術

硅光芯片上集成有光電轉換和傳輸模塊，通過芯片間光信號的交換進行數據傳輸，相較于目前使用的集成電路數據傳輸方式，具有損耗低、傳輸帶寬大、傳輸速度快等特點，在光通信、數據中心、生物、國防、智能汽車與無人機等許多領域將扮演極其關鍵的角色。與半導體芯片一樣，硅光芯片在進行高頻運算與數據傳輸時，會產生一定的能耗，導致芯片溫度上升，影響光信號的控制及傳輸質量，因此，芯片溫度實時監測顯得十分必要。常用的溫度傳感裝置存在著許多不足：例如電學傳感器一般體積較大、結構復雜，難以集成在體積較小的硅光芯片上，且其使用壽命較短，頻繁的更換易造成芯片損壞；特殊光纖作為傳感器布設在芯片表面，一方面由于芯片體積小，光纖布設十分困難，另一方面測量溫度僅反映了芯片表面的溫度，不能準確反映芯片內部溫度，測量準確度較低。

另外，硅光芯片的橫截面積尺寸通常小于1μm，與單模光纖的芯徑8～10μm相差較大，光從光纖進入小尺寸的芯片時會產生極大的損耗，光纖、硅光芯片的耦合問題阻礙了眾多光纖傳感技術在芯片測溫中的應用。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題在于針對現有技術中難以在硅光芯片上安裝溫度傳感器測量硅光芯片的缺陷，提供一種將硅光芯片作為溫度傳感器直接測量其溫度的基于OFDR的硅光芯片溫度測量裝置。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

本實用新型提供了一種基于OFDR的硅光芯片溫度測量裝置，包括線性掃頻激光器、光纖分束器、光纖環形器、硅光芯片、模斑變換器、光纖耦合器、光電探測器、數據采集卡和計算機，其中：

所述光纖分束器將所述線性掃頻激光器輸出的掃頻激光分為兩路，一路為信號光，另一路為參考光；信號光進入所述光纖環形器，參考光進入所述光纖耦合器；

所述模斑變換器連接在所述光纖環形器和所述硅光芯片之間，且所述模斑變換器通過單模光纖與所述光纖環形器連接；

所述硅光芯片通過所述模斑變換器與單模光纖耦合，信號光通過所述模斑變換器進出所述硅光芯片；所述硅光芯片上每一處產生的瑞利散射信號沿路返回進入所述光纖耦合器，與參考光在所述光纖耦合器處發生拍頻干涉，產生拍頻干涉信號；

所述光電探測器與所述光纖耦合器連接，將所述拍頻干涉信號轉化為電信號；

所述數據采集卡與所述光電探測器連接，通過多通道同時采集電信號中的拍頻干涉信號；

所述計算機與所述線性掃頻激光器、所述數據采集卡連接，控制所述線性掃頻激光器和所述數據采集卡，該計算機還對采集信號進行解調。

接上述技術方案，所述模斑變換器為楔形體。

接上述技術方案，該楔形體的一個連接端為平面端，該平面端與所述單模光纖的端部連接；該楔形體的另一個連接端為線端，該線端與所述硅光芯片連接。

本實用新型還提供了一種基于上述裝置的硅光芯片溫度測量方法，包括以下步驟：

將線性掃描激光器發出的激光分為兩束，一束作為參考光，另一束作為信號光；

信號光通過模斑變換器進入硅光芯片，硅光芯片每一位置產生的瑞利散射光沿路返回，經過光纖耦合器與反射回來的參考光發生拍頻干涉，產生拍頻干涉信號；