[發(fā)明專利]一種具有寬光譜范圍和大量程范圍的光功率計(jì)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910216756.2
• 申請(qǐng)日: 2019-03-21
• 公開（公告）號(hào): CN110057446B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡小龍;鄒鍇;孟赟;馮芃軼;胡南;許亮;蘭瀟健
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J1/42
• 分類號(hào): G01J1/42
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李林娟

本發(fā)明公開了一種具有寬光譜范圍和大量程范圍的光功率計(jì)，所述光功率計(jì)包括：光子超導(dǎo)集成回路探測(cè)器，所述光子超導(dǎo)集成回路探測(cè)器由超導(dǎo)納米線陣列與光波導(dǎo)組成，超導(dǎo)納米線陣列位于光波導(dǎo)一側(cè)，超導(dǎo)納米線陣列中的每一個(gè)納米線與光波導(dǎo)的間隔距離不同，沿光在光波導(dǎo)中的傳播方向，每一個(gè)納米線與光波導(dǎo)的間隔距離逐漸縮小。本發(fā)明將探測(cè)器應(yīng)用于光功率計(jì)，從根本上拓寬光功率計(jì)的可測(cè)量波長(zhǎng)范圍與可測(cè)量功率范圍，可被廣泛應(yīng)用于各個(gè)光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電子器件領(lǐng)域，尤其涉及一種具有寬光譜范圍和大量程范圍的光功率計(jì)。

背景技術(shù)

光功率計(jì)常用于光學(xué)工業(yè)檢測(cè)與科學(xué)研究領(lǐng)域。目前市場(chǎng)上常見的光功率計(jì)主要有兩種：光電二極管式和熱電式。對(duì)于光電二極管式光功率計(jì)，其光功率分辨力為納瓦，但可測(cè)量的光譜較窄，只能覆蓋從紫外到近紅外的波長(zhǎng)范圍，且單個(gè)光功率計(jì)的光譜更窄；對(duì)于熱電式光功率計(jì)，其可以測(cè)量從紫外到中紅外的波長(zhǎng)范圍，但光功率分辨力較低，最小測(cè)量功率為幾個(gè)微瓦。

光子超導(dǎo)集成回路相比于傳統(tǒng)的探測(cè)器具有更寬的波長(zhǎng)響應(yīng)范圍，更精確的時(shí)間分辨能力，更高的信噪比，例如：超導(dǎo)轉(zhuǎn)換邊沿探測(cè)器、超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器。超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器(SNSPD)是21世紀(jì)新興的一種單光子探測(cè)器，具有響應(yīng)速度快、探測(cè)效率高、暗計(jì)數(shù)率低、時(shí)域抖動(dòng)小、光譜響應(yīng)范圍寬的眾多優(yōu)點(diǎn)，已在量子密鑰分發(fā)、生物醫(yī)學(xué)成像、激光測(cè)距等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

現(xiàn)有技術(shù)中的光功率計(jì)的測(cè)量功率范圍和測(cè)量光譜范圍受到一定的限制，光功率分辨能力高的光電二極管式光功率計(jì)測(cè)量光譜范圍窄，測(cè)量光譜范圍寬的熱電式光功率計(jì)受限于較低的光功率分辨能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種具有寬光譜范圍和大量程范圍的光功率計(jì)，本發(fā)明將光子超導(dǎo)集成回路探測(cè)器應(yīng)用于光功率計(jì)，從根本上拓寬光功率計(jì)的可測(cè)量波長(zhǎng)范圍與可測(cè)量功率范圍，可被廣泛應(yīng)用于各個(gè)光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域，詳見下文描述：

一種具有寬光譜范圍和大量程范圍的光功率計(jì)所述光功率計(jì)包括：光子超導(dǎo)集成回路探測(cè)器，所述光子超導(dǎo)集成回路探測(cè)器由超導(dǎo)納米線陣列與光波導(dǎo)組成，

超導(dǎo)納米線陣列位于光波導(dǎo)一側(cè)，超導(dǎo)納米線陣列中的每一個(gè)納米線與光波導(dǎo)的間隔距離不同，沿光在光波導(dǎo)中的傳播方向，每一個(gè)納米線與光波導(dǎo)的間隔距離逐漸縮小。

具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，工作在SNSPD光子計(jì)數(shù)模式時(shí)，光功率計(jì)還包括：?jiǎn)文９饫w、光纖聚焦器、閉循環(huán)制冷機(jī)、同軸電纜、低噪聲放大器、低噪聲直流電壓源、T型偏置器、以及脈沖計(jì)數(shù)器。

具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，工作在單調(diào)關(guān)系模式時(shí)，光功率計(jì)還包括：?jiǎn)文９饫w、光纖聚焦器、閉循環(huán)制冷機(jī)、同軸電纜、低噪聲直流電壓源、電壓/電流源表。

優(yōu)選地，根據(jù)超導(dǎo)納米線所在位置的光強(qiáng)，再通過光波導(dǎo)所決定的歸一化光強(qiáng)曲線計(jì)算得到輸入光波導(dǎo)的光功率；

再通過已知的耦合效率計(jì)算得到待測(cè)光的總光功率值。

其中，工作在SNSPD光子計(jì)數(shù)模式時(shí)，需要校準(zhǔn)的參數(shù)如下：不同波長(zhǎng)下光纖聚焦器與光波導(dǎo)的耦合效率、光波導(dǎo)的內(nèi)外光強(qiáng)歸一化曲線、確定偏置電流下SNSPD不同波長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的效率。

進(jìn)一步地，工作在單調(diào)關(guān)系模式時(shí)，需要校準(zhǔn)的參數(shù)如下：不同波長(zhǎng)下光纖聚焦器與光波導(dǎo)的耦合效率、光波導(dǎo)內(nèi)外光強(qiáng)歸一化曲線、超導(dǎo)納米線臨界電流隨光功率變化曲線。

其中，所述光功率計(jì)的制備方法包括：

通過電子束曝光將波導(dǎo)圖形轉(zhuǎn)移到電子束曝光膠上，利用電子束曝光膠作為掩模，用反應(yīng)離子束刻蝕波導(dǎo)圖形；

用磁控濺射的方式在光波導(dǎo)及波導(dǎo)襯底上濺射一層氮化鈦鈮材料；

通過電子束曝光納米線圖形轉(zhuǎn)移到電子束曝光膠上，利用電子束曝光膠作為掩模，用反應(yīng)離子束刻蝕納米線圖形；