【技术实现步骤摘要】
本申请属于光谱测量，具体而言，涉及一种光器件缺陷探测装置及探测方法。
技术介绍
1、基于光子集成器件的接口尺寸通常远小于电子集成器件的接口尺寸，因此在对光子集成器件进行测试时，耦合对准困难较大，相应的就导致光子集成芯片的测试和封装环节成本增加，通常占整个光子集成器件制作成本的80％。现有的集成光子器件测试手段包括光学特性测试和电学特性测试。光学特性测试即光输入端连接激光器，通过光纤阵列把光耦合进芯片，在芯片的输出端用光纤阵列把光耦合出来，连接光功率计、光谱仪等测试设备，进行插入损耗、波长响应等性能参数的表征。电学特性测试则是用探针连接有源器件的电接触点后再进行相关电学参数测试。近年来，基于背向散射信号的分布式光纤传感技术在光纤系统的故障诊断中发挥了巨大的作用，由于光时域反射仪具有性能稳定、成本低等诸多优点，已成为光纤信道的主要检测设备。目前，针对光学器件进行测试的现有技术方案及相应存在的问题总结如下：
2、(1)对光子集成器件采用端对端的测试，此种方式只能对整个芯片进行表征，无法精确定位到芯片内部缺陷或损坏位置，排查出具体的故障原因工序繁琐且耗时长，使得芯片检测的成本支出巨大；
3、(2)基于传统光时域反射仪原理进行测试，但是在光纤连接处和光纤阵列与芯片连接处会产生很强的菲涅尔反射，并且菲涅尔反射的强度比芯片内部的瑞利后向散射光大很多，强反射将造成单光子探测器严重的饱和失真与后脉冲效应，导致其后面一段时间区间内的瑞利后向散射信号无法被探测。为了解决此问题，有些现有技术采用基于传统光时域反射仪原理进行测试的
4、因此为了提高对光子集成芯片分布式检测的分辨率，需要对分布式光纤传感技术进一步优化，提高其探测精度和灵敏度，降低光子集成芯片的测试成本。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本申请提供一种光器件缺陷探测装置及探测方法，利用单光子级别的光时域反射仪技术，以量子纠缠源、两个单光子探测器、光开关和时间数字转换器等元器件组成系统实现对待测光器件缺陷位置的高灵敏探测，提高了整个探测过程的空间分辨率、时间稳定度和灵敏度且节省了探测时间。具体方案如下：
2、第一方面，本申请公开了一种光器件缺陷探测装置，包括量子纠缠源、光环形器、第一光开关、第一单光子探测器、第二单光子探测器、时间数字转换器和控制处理模块；
3、所述量子纠缠源用于产生纠缠光子对，具有第一输出端和第二输出端，每个输出端用于输出一个纠缠光子；
4、所述光环形器具有第一端口、第二端口和第三端口，其第一端口与所述量子纠缠源的第一输出端连接，其第二端口与待测光器件的耦合端连接，其第三端口与所述第一光开关的输入端连接，用于将从所述量子纠缠源第一输出端输出的纠缠光子从其第一端口输入并经由其第二端口输入至待测光器件以及将纠缠光子在待测光器件上产生的菲涅尔反射光或瑞利后向散射光从其第二端口输入并经由其第三端口输入至所述第一光开关的输入端；
5、所述第一光开关的输出端与所述第二单光子探测器连接，用于调节所述光环形器的第三端口到所述第二单光子探测器之间光路的通断；
6、所述第一单光子探测器与所述量子纠缠源的第二输出端连接，用于探测从所述量子纠缠源第二输出端输出的纠缠光子并将探测到的光子信号转换为电信号同时将电信号传输给所述时间数字转换器作为其开始计时信号；
7、所述第二单光子探测器用于探测从所述第一光开关输出端输出的光子并将探测到的光子信号转换为电信号同时将电信号传输给所述时间数字转换器作为其结束计时信号；
8、所述时间数字转换器分别与所述第一单光子探测器和所述第二单光子探测器连接，用于记录所述量子纠缠源第二输出端输出的纠缠光子到达所述第一单光子探测器的时间以及所述第一光开关输出端输出的光子到达所述第二单光子探测器的时间并计算两个时间的间隔，同时将获取的时间间隔反馈给所述控制处理模块；
9、所述控制处理模块分别与所述第一光开关和所述时间数字转换器连接，用于控制所述第一光开关的通断以及统计待测光器件在探测周期内相同时间间隔的光子累计数，拟合出待测光器件的反射谱和后向弱反射谱，同时对比标准样品和待测光器件的后向弱反射谱，定位待测光器件的缺陷位置。
10、进一步地，光器件缺陷探测装置还包括与所述控制处理模块连接的第二光开关，所述第二光开关具有一个输入端和两个输出端，用于切换光环形器与标准样品和待测光器件间的光路路径；所述第二光开关的一个输出端与标准样品的耦合端连接、另一个输出端与待测光器件的耦合端连接；所述控制处理模块控制所述第二光开关的路径切换。
11、进一步地，所述量子纠缠源包括依次相连的激光源、双光子产生结构和光子路径分配模块；所述激光源用于产生周期性光脉冲并传输给所述双光子产生结构；所述双光子产生结构基于其接收的光脉冲产生波长不同的纠缠光子对；所述光子路径分配模块具有两个输出端，用于将两个纠缠光子分别从相应输出端输出。
12、优选地，所述第一光开关为1×1机械式光开关或铌酸锂强度调制器。
13、优选地，所述第一单光子探测器和所述第二单光子探测器工作于自由运行模式，对输入的光子持续探测。
14、优选地，所述第二光开关为1×2机械式光开关或mzi型光开关。
15、优选地，所述双光子产生结构为螺旋形波导线线圈、氮化硅微环结构或周期性极化晶体波导中的一种。
16、优选地，所述光子路径分配模块为波分复用器或光滤波器。
17、进一步地，所述光滤波器由不等臂mz干涉仪和相位调制器组成，相位调制器设置在不等臂mz干涉仪的一个臂上。
18、第二方面，本申请公开了一种光器件缺陷探测方法，所述方法应用于光器件缺陷探测装置，所述光器件缺陷探测装置包括量子纠缠源、光环形器、第一光开关、第一单光子探测器、第二单光子探测器、时间数字转换器和控制处理模块，所述方法包括：
19、量子纠缠源产生纠缠光子对，两个纠缠光子分别从量子纠缠源相应输出端输出；
20、从量子纠缠源第一输出端输出的纠缠光子从光环形器第一端口输入并经由其第二端口输入至待测光器件，从量子纠缠源第二输出端输出的纠缠光子传输至第一单光子探测器；
21、控制第一光开关导通使光环形器的第三端口与第二单光子探测器形成光通路；
22、从量子纠缠源第一输出端输出的纠缠光子在待测光器件上产生的菲涅尔反射光或瑞利后向散射光从光环形器的第二端口输入并经由其第三端口依次输入至第一光开关和第二单光子探测器；
23、第一单光子探测器探测从量子纠缠源第二输出端输出的纠缠光子并将探测到的光子信号转换为电信号同时将电信号传输给时间数字转换器作为其开始计时信号；第二单光子探测器探测其接收的光子信号并将探测的光子信号转换为电信号同时将电信号传输给时间数字本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光器件缺陷探测装置，其特征在于，包括量子纠缠源、光环形器、第一光开关、第一单光子探测器、第二单光子探测器、时间数字转换器和控制处理模块；
2.根据权利要求1所述的一种光器件缺陷探测装置，其特征在于，还包括与所述控制处理模块连接的第二光开关，所述第二光开关具有一个输入端和两个输出端，用于切换光环形器与标准样品和待测光器件间的光路路径；所述第二光开关的一个输出端与标准样品的耦合端连接、另一个输出端与待测光器件的耦合端连接；所述控制处理模块控制所述第二光开关的路径切换。
3.根据权利要求1或2所述的一种光器件缺陷探测装置，其特征在于，所述量子纠缠源包括依次相连的激光源、双光子产生结构和光子路径分配模块；所述激光源用于产生周期性光脉冲并传输给所述双光子产生结构；所述双光子产生结构基于其接收的光脉冲产生波长不同的纠缠光子对；所述光子路径分配模块具有两个输出端，用于将两个纠缠光子分别从相应输出端输出。
4.根据权利要求1或2所述的一种光器件缺陷探测装置，其特征在于，所述第一光开关为1×1机械式光开关或铌酸锂强度调制器。
5.根据权利要求
6.根据权利要求2所述的一种光器件缺陷探测装置，其特征在于，所述第二光开关为1×2机械式光开关或MZI型光开关。
7.根据权利要求3所述的一种光器件缺陷探测装置，其特征在于，所述双光子产生结构为螺旋形波导线线圈、氮化硅微环结构或周期性极化晶体波导中的一种。
8.根据权利要求3所述的一种光器件缺陷探测装置，其特征在于，所述光子路径分配模块为波分复用器或光滤波器。
9.根据权利要求8所述的一种光器件缺陷探测装置，其特征在于，所述光滤波器由不等臂MZ干涉仪和相位调制器组成，相位调制器设置在不等臂MZ干涉仪的一个臂上。
10.一种光器件缺陷探测方法，其特征在于，所述方法应用于光器件缺陷探测装置，所述光器件缺陷探测装置包括量子纠缠源、光环形器、第一光开关、第一单光子探测器、第二单光子探测器、时间数字转换器和控制处理模块，所述方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种光器件缺陷探测装置，其特征在于，包括量子纠缠源、光环形器、第一光开关、第一单光子探测器、第二单光子探测器、时间数字转换器和控制处理模块；
2.根据权利要求1所述的一种光器件缺陷探测装置，其特征在于，还包括与所述控制处理模块连接的第二光开关，所述第二光开关具有一个输入端和两个输出端，用于切换光环形器与标准样品和待测光器件间的光路路径；所述第二光开关的一个输出端与标准样品的耦合端连接、另一个输出端与待测光器件的耦合端连接；所述控制处理模块控制所述第二光开关的路径切换。
3.根据权利要求1或2所述的一种光器件缺陷探测装置，其特征在于，所述量子纠缠源包括依次相连的激光源、双光子产生结构和光子路径分配模块；所述激光源用于产生周期性光脉冲并传输给所述双光子产生结构；所述双光子产生结构基于其接收的光脉冲产生波长不同的纠缠光子对；所述光子路径分配模块具有两个输出端，用于将两个纠缠光子分别从相应输出端输出。
4.根据权利要求1或2所述的一种光器件缺陷探测装置，其特征在于，所述第一光开关为1×1机械式光开关或铌酸锂强度调制器...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵远洋，安雪碧，
申请(专利权)人：合肥硅臻芯片技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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