【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学陀螺，具体涉及一种硅光子陀螺用硅光芯片特征参数测试装置与方法。
技术介绍
1、随着技术发展和领域拓展，干涉式光纤陀螺逐步向着小型化、低成本方向发展，传统光纤陀螺的小型化、低成本发展面临巨大挑战，主要限制因素在于传统光纤陀螺光路包含多个分立光学器件、多个熔点和多段尾纤需要处理，造成光纤陀螺生产工序复杂、体积大、成本高、成品率低。近年来，硅基光学芯片取得突破并且在光通信领域获得广泛应用，为光纤陀螺实现集成化与小型化提供了新的思路：将传统光纤陀螺分立光学器件用硅基光学芯片取代，其体积、重量、成本和功耗将会大幅降低，硅光子陀螺成为了陀螺惯性器件重要发展方向。
2、硅基光学芯片是硅光子陀螺的核心部件，其性能直接影响到陀螺精度，从目前应用来看，硅基光学芯片普遍存在输出光功率弱、探测响应度低、波长热漂移等突出问题。这将会导致硅光子陀螺信噪比低，性能劣化，影响硅光子陀螺成品率，因此迫切需要对硅基光学芯片的特征参数进行测试。
技术实现思路
1、针对硅基光学芯片特征参数测试需求问题，本专利技术提供了一种硅光子陀螺用硅光芯片特征参数测试装置与方法，能够实现硅基光学芯片输出光功率、探测器响应度、波长漂移三项典型指标的集成测试，通过在测试装置中集成具有稳定输出光功率和恒定探测响应度的光收发模块，实现待测硅光芯片输出光功率、探测响应的测试，通过在测试装置中集成光波导环形基准腔和强度探测器，实现波长热漂移测试，达到同一测试装置实现多项参数的测试目的。
2、本专利技术解决
3、本专利技术提供的一种硅光子陀螺用硅光芯片特征参数测试装置，包括
4、电控光开关，包括依次对应连接的三个输入端、三条测试通道、三个输出端，输入端与待测硅光芯片的输出尾纤连接，输出端与模拟开关的光信号输入端连接，三条测试通道由测试及控制模块控制通断；
5、模拟开关，包括三个光信号输入端、一个光源输入端、一个光强输出端、一个光信号输出端以及三条光纤通道，三个光信号输入端通过一条光纤通道连接光强输出端，光强输出端连接第一强度探测器，三个光信号输入端通过一条光纤通道连接光信号输出端，光信号输出端依次连接基准腔和第三强度探测器，光源输入端连接sld光源，通过一条光纤通道将光源传输至三个光信号输入端，反向进入电控光开关；
6、测试及控制模块，用于控制电控光开关、模拟开关的通断以及sld光源工作，还用于接收第一强度探测器、第三强度探测器以及待测硅光芯片探测器的电压，计算待测硅光芯片的输出光功率、输出光波长热漂移、探测器响应度；
7、基准腔，包括一定长度的螺旋光波导，用于对输入光进行光波长筛选。
8、进一步地，所述基准腔采用双层堆叠结构，所述基准腔包括上下设置的第二层光波导、第一层光波导，所述第二层光波导依次包括输入段光波导、若干圈螺旋光波导以及位于螺旋光波导中心区域的顶层耦合区渐变结构，所述第一层光波导结构依次包括位于中心区域的底层耦合区渐变结构、若干圈螺旋光波导、输出段光波导，所述顶层、底层耦合区渐变结构为宽度逐渐减小的锥形光波导结构，所述顶层、底层耦合区渐变结构的结构中心轴位于同一垂直面内、上下平行，所述顶层、底层耦合区渐变结构按照锥形减小方向相反设置，所述顶层耦合区渐变结构局部区域位于底层耦合区渐变结构正上方。
9、进一步地，所述第二层光波导、第一层光波导的螺旋圈数取值范围为20～200圈；每一层相邻光波导的间距为50～200微米，最小弯曲半径不小于2mm。
10、进一步地，每一层光波导的深度与宽度比值在0.1以下，宽度取值范围为3-5μm，深度取值范围为50-200nm。
11、进一步地，所述顶层、底层耦合区渐变结构整体取值范围为20-50μm，所述顶层、底层耦合区渐变结构最窄处宽度取值范围为400-800nm。
12、进一步地，所述测试及控制模块包括
13、输出光功率计算模块，用于接收第一强度探测器的电压，计算输出光功率；
14、输出光波长计算模块，用于接收第三强度探测器的电压，计算输出光波长热漂移；
15、响应度计算模块，用于接收待测硅光芯片探测器的电压，计算探测器响应度；
16、光源控制模块，用于控制sld光源的温度、驱动电流；
17、通道选通模块，用于控制电控光开关3个测试通道的选通；
18、项目选通模块，用于控制模拟开关3条光纤通道的选通，实现光功率、响应度或光波长热漂移测试项目的选择。
19、进一步地，待测硅光芯片的若干根输出尾纤分别通过一个法兰与电控光开关的不同输入端连接。
20、进一步地，所述硅光子陀螺用硅光芯片特征参数测试装置还包括3个稳压直流电源，分别用于给第一强度探测器、第三强度探测器以及待测硅光芯片探测器供电。
21、进一步地，所述硅光子陀螺用硅光芯片特征参数测试装置还包括
22、第一光源温度驱动模块，与sld光源连接，用于控制sld光源恒定电流和恒定温度；
23、第二光源温度驱动模块，与待测硅光芯片sld光源连接，用于控制待测硅光芯片恒定电流和恒定温度。
24、本专利技术还提供了一种硅光子陀螺用硅光芯片特征参数测试方法，包括如下步骤：
25、将待测硅光芯片的尾纤独立连接电控光开关的输入端；
26、控制电控光开关的测试通道选通；
27、控制模拟开关的测试项目光纤通道选通；
28、开展输出光功率测试，采集第一强度探测器的测量电压，计算待测硅光芯片的输出光功率；
29、开展探测器响应度测试，采集待测硅光芯片的强度探测器的测量电压，计算待测硅光芯片的探测器响应度；
30、开展波长热漂移测试，采集第三强度探测器的测量电压，计算待测硅光芯片的输出光波长热漂移。
31、进一步地，所述待测硅光芯片的输出光功率的计算方法为：
32、pout＝v1/(a1rfg1)
33、其中，v1为第一强度探测器的测量电压，a1为第一强度探测器响应度，rf为第一强度探测器的跨阻，g1为待测硅光芯片到第一强度探测器的光路衰减系数；
34、所述待测硅光芯片的探测器响应度的计算方法为：
35、ain＝pinv2/(rfg2)
36、其中，v2为待测硅光芯片上强度探测器探测电压，rf为硅光芯片上强度探测器的跨阻，g2为sld光源到待测硅光芯片强度探测器光路衰减系数；
37、所述待测硅光芯片的输出光波长热漂移的计算方法为：
38、δλout＝(v3’-v3)/μ
39、其中，μ为基准腔的电压-波长系数，v3为第三强度探测器的测量电压，v3’为待测硅光芯片在设定时长工作后第三强度探测器的测量电压。
40、进一步地，所述基准腔的电压-波长系数采用如下方法确定：
41、基准腔的光波导输入本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硅光子陀螺用硅光芯片特征参数测试装置，其特征在于，包括
2.根据权利要求1所述的特征参数测试装置，其特征在于，所述基准腔采用双层堆叠结构，所述基准腔包括上下设置的第二层光波导、第一层光波导，所述第二层光波导依次包括输入段光波导、若干圈螺旋光波导以及位于螺旋光波导中心区域的顶层耦合区渐变结构，所述第一层光波导结构依次包括位于中心区域的底层耦合区渐变结构、若干圈螺旋光波导、输出段光波导，所述顶层、底层耦合区渐变结构为宽度逐渐减小的锥形光波导结构，所述顶层、底层耦合区渐变结构的结构中心轴位于同一垂直面内、上下平行，所述顶层、底层耦合区渐变结构按照锥形减小方向相反设置，所述顶层耦合区渐变结构局部区域位于底层耦合区渐变结构正上方。
3.根据权利要求2所述的特征参数测试装置，其特征在于，所述第二层光波导、第一层光波导的螺旋圈数取值范围为20～200圈；每一层相邻光波导的间距为50～200微米，最小弯曲半径不小于2mm；每一层光波导的深度与宽度比值在0.1以下，宽度取值范围为3-5μm，深度取值范围为50-200nm。
4.根据权利要求2所述的特征参
5.根据权利要求1所述的特征参数测试装置，其特征在于，所述测试及控制模块包括
6.根据权利要求1所述的特征参数测试装置，其特征在于，待测硅光芯片的若干根输出尾纤分别通过一个法兰与电控光开关的不同输入端连接；
7.根据权利要求1所述的特征参数测试装置，其特征在于，还包括
8.一种硅光子陀螺用硅光芯片特征参数测试方法，其特征在于，采用权利1～7任一项所述的特征参数测试装置，所述特征参数测试方法包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的特征参数测试方法，其特征在于，所述待测硅光芯片的输出光功率的计算方法为：
10.根据权利要求9所述的特征参数测试方法，其特征在于，所述基准腔的电压-波长系数采用如下方法确定：
11.根据权利要求10所述的特征参数测试方法，其特征在于，所述基准腔置于TEC制冷器恒温控制平台上；所述单向调节标准窄谱光源的速率为0.1±0.01pm。
...【技术特征摘要】
1.一种硅光子陀螺用硅光芯片特征参数测试装置，其特征在于，包括
2.根据权利要求1所述的特征参数测试装置，其特征在于，所述基准腔采用双层堆叠结构，所述基准腔包括上下设置的第二层光波导、第一层光波导，所述第二层光波导依次包括输入段光波导、若干圈螺旋光波导以及位于螺旋光波导中心区域的顶层耦合区渐变结构，所述第一层光波导结构依次包括位于中心区域的底层耦合区渐变结构、若干圈螺旋光波导、输出段光波导，所述顶层、底层耦合区渐变结构为宽度逐渐减小的锥形光波导结构，所述顶层、底层耦合区渐变结构的结构中心轴位于同一垂直面内、上下平行，所述顶层、底层耦合区渐变结构按照锥形减小方向相反设置，所述顶层耦合区渐变结构局部区域位于底层耦合区渐变结构正上方。
3.根据权利要求2所述的特征参数测试装置，其特征在于，所述第二层光波导、第一层光波导的螺旋圈数取值范围为20～200圈；每一层相邻光波导的间距为50～200微米，最小弯曲半径不小于2mm；每一层光波导的深度与宽度比值在0.1以下，宽度取值范围为3-5μm，深度取值范围为50-200nm。
4.根据权利要求2所述的特征参数...
【专利技术属性】
技术研发人员：尚克军，雷明，李豪伟，张丽哲，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：
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