[發(fā)明專利]一種光波導(dǎo)群折射率測量方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010533296.9
• 申請(qǐng)日: 2020-06-12
• 公開（公告）號(hào): CN111735610B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧曉文;王琛全;錢廣;牛斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所
• 主分類號(hào): G01M11/02
• 分類號(hào): G01M11/02
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發(fā)明公開了一種光波導(dǎo)群折射率測量方法及裝置，方法包括：輸出光載波至光單邊帶調(diào)制器，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口一輸出的射頻信號(hào)加載到調(diào)制器對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制；調(diào)制后的光信號(hào)耦合到第一條光波導(dǎo)中，通過光波導(dǎo)芯片后耦合輸出到光電探測器中，探測后的信號(hào)輸入到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口二，利用該回路進(jìn)行矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的直通校準(zhǔn)；將調(diào)制后的光信號(hào)耦合到第二條不同長度的光波導(dǎo)中，光波導(dǎo)傳輸后，通過光波導(dǎo)芯片后耦合輸出到光電探測器中，探測后的信號(hào)輸入到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口二，從矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中測試得到此時(shí)的響應(yīng)S₂₁；計(jì)算光波導(dǎo)的群折射率。本發(fā)明可同時(shí)滿足端面耦合波導(dǎo)與垂直光柵耦合光波導(dǎo)的群折射率測量，計(jì)算簡便、準(zhǔn)確。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集成光子器件測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種光波導(dǎo)群折射率測量方法及裝置。

背景技術(shù)

在集成光子器件中，光波導(dǎo)是構(gòu)造光子集成器件與芯片的最基本結(jié)構(gòu)，是進(jìn)一步構(gòu)成其他無源、有源光子、光電子器件，例如光延時(shí)線、分束/合束器、陣列波導(dǎo)光柵、馬赫曾德爾干涉儀、微環(huán)諧振器、調(diào)制器、光開關(guān)等的基本構(gòu)成單元。光波導(dǎo)的基本功能是實(shí)現(xiàn)光波的低損耗、低畸變傳輸，其波導(dǎo)折射率是最重要的指標(biāo)之一，決定了集成光子器件的關(guān)鍵幾何尺寸。

在光波導(dǎo)器件中主要關(guān)注有效折射率和群折射率。有效折射率又稱為波導(dǎo)模式的有效折射率，其主要決定了光波導(dǎo)中傳輸光波的模式以及需要的幾何尺寸結(jié)構(gòu)。群折射率定義為真空中光速與介質(zhì)中群速度的比值，因此其表征了光波在光波導(dǎo)中的群速度，其與群延時(shí)相對(duì)應(yīng)，是設(shè)計(jì)與制備光延時(shí)線最重要的參數(shù)之一。

傳統(tǒng)的群折射率測量方法主要有光脈沖延時(shí)測量法、馬赫增德爾干涉光譜響應(yīng)測量法以及微環(huán)諧振譜測量法，三種方法各有利弊。光脈沖法需要脈沖光源和延時(shí)測量儀，其精度受光波導(dǎo)長度和光脈沖的中心波長以及重復(fù)頻率限制，精度有限；馬赫增德爾干涉法需要制備一個(gè)馬赫增德爾干涉結(jié)構(gòu)，且對(duì)光譜響應(yīng)的測量精度要求極高；微環(huán)諧振法需要制備一個(gè)全通型微環(huán)諧振器，且同樣需要高精度的光譜測量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種光波導(dǎo)群折射率測量方法及裝置，解決傳統(tǒng)波導(dǎo)群折射率測量方法精度低以及普適性差的問題。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種光波導(dǎo)群折射率測量方法，包括如下步驟：

1)連續(xù)波激光器輸出光載波信號(hào)至光單邊帶調(diào)制器，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口一輸出的射頻信號(hào)加載到光單邊帶調(diào)制器對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制；

2)調(diào)制后的光信號(hào)耦合到第一條光波導(dǎo)中，光波導(dǎo)傳輸后，通過光波導(dǎo)芯片后耦合輸出到光電探測器中，探測后的信號(hào)輸入到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口二，利用該回路進(jìn)行矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的直通校準(zhǔn)；

3)校準(zhǔn)后改為測試第二條光波導(dǎo)，所述第二條光波導(dǎo)與第一條光波導(dǎo)長度不同；將調(diào)制后的光信號(hào)耦合到第二條光波導(dǎo)中，光波導(dǎo)傳輸后，通過光波導(dǎo)芯片后耦合輸出到光電探測器中，探測后的信號(hào)輸入到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口二，從矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中測試得到此時(shí)的響應(yīng)S₂₁，包括幅度響應(yīng)和相位響應(yīng)；

4)計(jì)算該相位響應(yīng)曲線的斜率，即單位頻率的相移量記為α，利用光波導(dǎo)群折射率與該相移量的關(guān)系公式計(jì)算光波導(dǎo)的群折射率，其中L為兩條光波導(dǎo)的長度差，c為真空中的光速。

本發(fā)明還提供一種光波導(dǎo)群折射率測量裝置，包括連續(xù)波激光器、光單邊帶調(diào)制器、光波導(dǎo)芯片、光電探測器和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，所述光波導(dǎo)芯片含有兩條不同長度的光波導(dǎo)；

光信號(hào)通過光單邊帶調(diào)制器調(diào)制后，由耦合輸入光纖與耦合輸入口進(jìn)行耦合，光信號(hào)經(jīng)過光波導(dǎo)傳輸后由耦合輸出口輸出到耦合輸出光纖中，并接入光電探測器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，探測后的信號(hào)輸入到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的二端口中，得到光波導(dǎo)的響應(yīng)。