[發明專利]一種在片上波導上的原位損耗測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202010978883.9
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112197941B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 孫一之;丁偉
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.一種在片上波導上的原位損耗測量裝置，其特征在于，包括：掃頻單縱模激光器、偏振控制器、環形器、透鏡光纖、片上波導、探針、壓電陶瓷、光電探測器、鎖相放大器、控制箱和電腦；

所述掃頻單縱模激光器與偏振控制器連接，所述偏振控制器與環形器連接，所述環形器與透鏡光纖連接，所述環形器與光電探測器連接，所述透鏡光纖與片上波導在空間上對準；

所述光電探測器與鎖相放大器連接，所述鎖相放大器與控制箱連接，所述控制箱與壓電陶瓷連接，所述控制箱與電腦連接；

所述掃頻單縱模激光器用于產生窄線寬掃頻激光，所述窄線寬掃頻激光依次通過偏振控制器和環形器，由透鏡光纖通過端面耦合方式進入片上波導中；

所述片上波導上設有金屬納米結構，放置在待測片上波導正上方，與片上波導相接觸，或所述片上波導上設有片上波導的后端面；

所述探針以設定的頻率沿豎直方向抖動，探針與片上波導中的導模倏逝場相互重疊之后，產生反向調制信號光；

抖動探針與片上波導前向導模的倏逝場接觸而形成的反射光，作為第一信號光；

抖動探針造成的前向導模的功率減少量，經過金屬納米結構或片上波導后端面反射形成的沿片上波導原路返回透鏡光纖的調制光，以及直接經過金屬納米結構或片上波導后端面的反射后，經過抖動探針造成的功率減少量形成的沿片上波導原路返回透鏡光纖的調制光，兩個調制光完全相同，相疊加作為第二信號光；

所述第一信號光與第二信號光疊加，作為總的調制信號光；

所述窄線寬掃頻激光在透鏡光纖和片上波導連接處產生反射的連續光，作為參考光；

所述調制信號光和參考光產生干涉，形成的干涉光反向通過透鏡光纖和環形器，進入光電探測器；

所述光電探測器用于將干涉光轉化為光電流信號，所述鎖相放大器用于解調光電流信號，得到解調輸出信號，所述鎖相放大器的解調參考信號由控制箱提供；

所述壓電陶瓷用于控制探針抖動，所述控制箱用于驅動壓電陶瓷，所述電腦用于操控控制箱，并通過頻譜分析，解算出探針的位置和探針位置的光強。

2.根據權利要求1所述的在片上波導上的原位損耗測量裝置，其特征在于，所述探針放置在片上波導中心軸位置處。

3.根據權利要求1所述的在片上波導上的原位損耗測量裝置，其特征在于，所述金屬納米結構采用300nm直徑的銀納米線。

4.一種在片上波導上的原位損耗測量方法，其特征在于，包括下述步驟：

采用掃頻單縱模激光器產生窄線寬掃頻激光，窄線寬掃頻激光依次通過偏振控制器和環形器后，采用透鏡光纖通過端面耦合方式進入片上波導中，探針以設定的頻率沿豎直方向抖動，探針與片上波導中的導模倏逝場相互重疊之后，產生反向調制信號光，在片上波導上設置金屬納米結構或片上波導的后端面，放置在待測片上波導正上方，與片上波導相接觸；

采用壓電陶瓷控制探針抖動；

抖動探針與片上波導前向導模的倏逝場接觸而形成的反射光，作為第一信號光；

抖動探針造成的前向導模的功率減少量，經過金屬納米結構或片上波導后端面反射形成的沿片上波導原路返回透鏡光纖的調制光，以及直接經過金屬納米結構或片上波導后端面的反射后，經過抖動探針造成的功率減少量形成的沿片上波導原路返回透鏡光纖的調制光，兩個調制光完全相同，相疊加作為第二信號光；

將所述第一信號光與第二信號光疊加，作為總的調制信號光；

所述窄線寬掃頻激光在透鏡光纖和片上波導連接處產生反射的連續光，作為參考光；

所述總的調制信號光和參考光產生干涉，形成的干涉光反向通過透鏡光纖和環形器，進入光電探測器；

所述光電探測器用于將干涉光轉化為光電流信號，鎖相放大器用于解調光電流信號，得到解調輸出信號；

采用頻譜傅里葉分析，根據解調輸出信號，解算出探針的位置和探針位置的相對振幅；

將探針移到片上波導的下一個位置的中心處，采集多個探針位置和對應的相對光強，計算得到對應的損耗。

5.根據權利要求4所述的在片上波導上的原位損耗測量方法，其特征在于，所述解調輸出信號采用激光頻率的函數。