一种多功能铌酸锂集成器件的光学性能测量方法技术

本发明专利技术属于光学器件测量技术领域，具体涉及到一种多功能铌酸锂集成器件的光学性能测量方法。本方法包括：测量波导器件输入保偏尾纤的长度；测量波导芯片的长度；测量波导器件输出保偏尾纤的长度；对准输入/输出尾纤慢轴与波导芯片的传输轴；获取第一次分布式偏振串音测量结果；变换波导器件的光注入条件；获取第二次分布式偏振串音测量结果；通过对数据的分析和计算，获得波导器件光学参量。该方法可以准确地获得波导芯片的消光比和线性双折射，还能够同时获得芯片波导输入/输出端尾纤的耦合串音、线性双折射，输入/输出延长光纤焊点，以及波导芯片和连接尾纤内部光学缺陷；降低了信号读取与识别的难度，简化了数据分析与处理的过程。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能铌酸锂集成器件的光学性能测量方法
本专利技术属于光学器件测量
，具体涉及到一种多功能铌酸锂集成器件的光学性能测量方法。
技术介绍
多功能集成光学器件俗称“Y波导”，一般采用铌酸锂材料作为基底，它将单模光波导、光分束器、光调制器和光学偏振器进行了高度集成，是组成干涉型光纤陀螺(FOG)和光纤电流互感器的核心器件，决定着光纤传感系统的测量精度、稳定性、体积和成本。波导芯片消光比是Y波导器件的重要参量，如：高精度精密级光纤陀螺中的使用的Y波导，其芯片消光比要求达到80dB以上。例如：中国电子科技集团公司第四十四研究所的华勇、舒平等人提出的一种提高光纤陀螺用Y波导芯片消光比的方法(CN201310185490.2)，已经将波导芯片消光比提高到80dB以上。但受限于测试仪器性能和测试方法，目前还无法实现高消光比Y波导芯片消光比准确测量。常用的偏振性能检测仪器——消光比测试仪，分辨率最高的美国dBmOptics公司研制Model4810型偏振消光比测量仪也仅有72dB，除此以外，美国GeneralPhotonics公司的ERM102型、韩国Fiberpro公司的ER2200型，日本Santec公司的PEM-330型最高消光比均只能达到50dB左右，无法满足80dB以上高消光比Y波导器件的测试需求。2002年美国FibersenseTechnologyCorporation公司的AlfredHealy等人公开一种集成波导芯片的输入/输出光纤的耦合方法(US6870628)，利用白光干涉测量方法实现了波导芯片输入/输出光纤的耦合串音的测量；2004年北京航空航天大学的伊小素、肖文等人公开了一种光纤陀螺用集成光学调制器在线测试方法及其测试装置(CN200410003424.X)，可以实现器件的损耗、分光比等光学参数的测量；2007年北京航空航天大学的伊小素、徐小斌等人公开了一种Y波导芯片与保偏光纤在线对轴装置及其在线对轴方法(CN200710064176.3)，利用干涉光谱法同样实现了波导芯片与波导输入/输出光纤串音的测量。上述专利均没有设计波导芯片消光比的测量。Y波导由输入光纤、波导芯片和输出光纤三部分组成，传统的消光比测试均为集总式测量，只能得到Y波导器件整体的消光比数值，即器件所有的消光比之和，波导芯片消光比(50～80dB)淹没在了光纤尾纤与芯片耦合的消光比(30～40dB)之中，无法获得芯片的消光比。因此，Y波导器件芯片消光比的测量难点主要有：1)基于低相干原理的白光干涉仪可以实现分布式偏振串音的测量，可以对Y波导器件参数(包括芯片消光比)的测量，但是如何能够将偏振串音的分辨率提高到-90dB以上，实现对消光比高达80dB以上波导芯片的测量；2)为了提高空间分辨率，白光干涉仪普遍采用光谱较宽的SLD光源，但光源光谱纹波(ripple)将引起相干峰，其对应的偏振串音幅值大约在-50～-70dB之间，如果波导芯片的偏振串音峰值与其重叠，则芯片消光比极易淹没在其中，如何消除其影响是需要迫切接解决的问题；3)波导器件作为一个组件，芯片、尾纤等各组成的串音信号的准确区分，具有相当的难度，如何准确识别白光干涉信号是器件测试的难点之一。本专利技术公开了一种多功能铌酸锂集成光学器件(Y波导)的光学性能测量方法，包括波导器件输入/输出尾纤的长度选择与测量、波导器件光注入条件选择，波导芯片几何参数的测量、波导器件的分布式偏振串音特性测量，以及波导器件光学性能参数计算等步骤，其特征是利用白光干涉仪(或低相干测量装置)，在被测集成波导器件的输入/输出端，通过延长输入/输出端尾纤的长度，同时对注入到待测器件中的输入/输出检测光的预置角度进行设定，分别测量装置的偏振串音噪声本底数据和器件的分布式偏振串音数据；通过对二者的对比，可以获得若干由波导芯片、波导输入/输出尾纤、输入/输出延长光纤引入的偏振串音特征峰；利用对波导器件几何长度的测量数据，包括：输入/输出延长光纤的长度、波导输入/输出尾纤长度和波导芯片长度，可以计算得到波导器件芯片消光、芯片线性双折射，波导输入/输出端尾纤的耦合串音、输入/输出延长光纤焊点等多个光学参数。该方法消除了光源光谱纹波对测量的影响，提高了测量的准确性，可以实现0～85dB的超大消光比器件性能的测量，具有高空间分辨率等优点，可广泛用于芯片消光比在85dB以上的集成光学器件的定量评价，以及波导芯片和连接尾纤内部是否存在光学缺陷的识别与分析。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种消除了光源光谱纹波对测量的影响，实现波导芯片与尾纤对轴的自动识别，提高测试的准确性的多功能铌酸锂集成器件的光学性能测量方法。本专利技术的目的是这样实现的：(1)测量波导器件输入保偏尾纤的长度lW-i，检测传输在输入保偏尾纤快慢轴之间光波的光程差SW-i是否大于光源光谱纹波产生的相干峰的光程Sripple，即SW-i>Sripple，SW-i＝lW-i×Δnf，Δnf保偏尾纤的线性双折射；(2)如果输入保偏尾纤的长度lW-i不满足步骤(1)中的条件，则在输入保偏尾纤上焊接一段输入延长保偏光纤，焊点的对轴角度为0°-0°，长度为lf-i的输入延长保偏光纤满足光程差Sf-i大于光源光谱纹波产生的相干峰的光程Sripple，即Sf-i>SrippleSf-i＝lf-i×Δnf，Δnf保偏尾纤的线性双折射，测量并记录输入延长保偏光纤的长度lf-i；(3)测量波导芯片的长度lW；(4)测量波导器件输出保偏尾纤的长度lW-o，检测传输在输出保偏尾纤快慢轴之间光波的光程差SW-o是否大于传输在波导芯片快慢轴之间光波的光程差SW，即SW-o>SW，SW-o＝lW-o×Δnf，SW＝lW×ΔnW，ΔnW波导芯片的线性双折射；(5)如果输出保偏尾纤的长度lW-o不满足步骤(4)的条件，则在输出保偏尾纤上焊接一段输出延长保偏光纤，焊点的对轴角度为0°-0°，长度为lf-o的输出延长保偏光纤的光程差Sf-oSf-o>SW，Sf-o＝lf-o×Δnf，测量并记录输出延长保偏光纤的长度lf-o；(6)对准输入或输出保偏尾纤的慢轴与波导芯片的传输轴，无输入延长保偏光纤时，输入保偏尾纤与白光干涉仪输出起偏器的尾纤的对轴角度θ1为0°-0°；有输入延长保偏光纤时，输入延长保偏光纤与白光干涉仪输出起偏器的尾纤的对轴角度θ1也为0°-0°；无输出延长保偏光纤时，输出保偏尾纤与白光干涉仪输入检偏器的尾纤的对轴角度θ2为0°-0°；有输出延长保偏光纤时，输出延长保偏光纤与白光干涉仪输入检偏器的尾纤的对轴角度θ2也为0°-0°；对准输入或输出保偏尾纤快轴与波导芯片的传输轴，输入保偏尾纤或者输入延长保偏光纤与白光干涉仪输出检偏器的尾纤的对轴角度θ1为0°-90°；输出保偏尾纤或者输出延长保偏光纤与白光干涉仪输入检偏器的尾纤的对轴角度θ2为90°-0°；(7)获取第一次分布式偏振串音测量结果，即白光干涉仪的仪器偏振串音噪声本底数据，其横坐标为扫描光程数值S，单位：μm，纵坐标为偏振串音幅度E，单位：dB；测量的光程扫描范围ΔSΔS>2(Sf-i+SW-i+SW+SW-o+Sf-o)并且，光程扫描范围的中点为偏振串音测量数据的最大峰值的位置；(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能铌酸锂集成器件的光学性能测量方法，其特征在于：（1）测量波导器件输入保偏尾纤的长度lW?i，检测传输在输入保偏尾纤快慢轴之间光波的光程差SW?i是否大于光源光谱纹波产生的相干峰的光程Sripple，即SW?i>Sripple，SW?i=lW?i×Δnf，Δnf保偏尾纤的线性双折射；（2）如果输入保偏尾纤的长度lW?i不满足步骤2）中的条件，则在输入尾纤上焊接一段延长保偏光纤，焊点的对轴角度为0°?0°，长度为lf?i的输入延长保偏光纤满足光程差Sf?i大于光源光谱纹波产生的相干峰的光程Sripple，即Sf?i>SrippleSf?i=lf?i×Δnf，Δnf保偏尾纤的线性双折射，测量并记录输入延长保偏光纤的长度lf?i；（3）测量波导芯片的长度lW；（4）测量波导器件输出保偏尾纤的长度lW?o，检测传输在输出保偏尾纤快慢轴之间光波的光程差SW?o是否大于传输在波导芯片快慢轴之间光波的光程差SW，即SW?o>SW，SW?o=lW?o×Δnf，SW=lW×ΔnW，ΔnW波导芯片的线性双折射；（5）如果输出保偏尾纤的长度lW?o不满足步骤4）的条件，则在输出保偏尾纤上焊接一段延长保偏光纤，焊点的对轴角度为0°?0°，长度为lf?o的输出延长保偏光纤的光程差Sf?oSf?o>SW，Sf?o=lf?o×Δnf，测量并记录输出延长保偏光纤的长度lf?o；（6）对准输入或输出保偏尾纤的慢轴与波导芯片的传输轴，无输入延长保偏光纤时，输入保偏尾纤与白光干涉仪输出起偏器的尾纤的对轴角度θ1为0°?0°；有输入延长保偏光纤时，延长光纤与白光干涉仪输出起偏器的尾纤的对轴角度θ1也为0°?0°；无输出延长保偏光纤时，输出保偏尾纤与白光干涉仪输入检偏器的尾纤的对轴角度θ2为0°?0°；有输出延长保偏光纤时，输出延长保偏光纤与白光干涉仪输入检偏器的尾纤的对轴角度θ2也为0°?0°；对准准输入或输出保偏尾纤快轴与波导芯片的传输轴，输入保偏尾纤或者输入延长保偏光纤与白光干涉仪输出检偏器的尾纤的对轴角度θ1为0°?90°；输出保偏尾纤或者输出延长保偏光纤与白光干涉仪输入检偏器的尾纤的对轴角度θ2为90°?0°；（7）获取第一次分布式偏振串音测量结果，即白光干涉仪的仪器偏振串音噪声本底数据，其横坐标为扫描光程数值S，单位：μm，纵坐标为偏振串音幅度E，单位：dB；测量的光程扫描范围ΔSΔS>2（Sf?i+SW?i+SW+SW?o+Sf?o）并且，光程扫描范围的中点为偏振串音测量数据的最大峰值的位置；（8）变换波导器件的光注入条件：无输入延长保偏光纤时，输入保偏尾纤与白光干涉仪输入起偏器的尾纤的对轴角度θ1为0°?45°；有输入延长保偏光纤时，输入延长保偏光与白光干涉仪输入起偏器的尾纤的对轴角度θ1也为0°?45°；无输出延长光纤时，输出保偏尾纤与白光干涉仪输出检偏器的尾纤的对轴角度θ2为45°?0°；有输出延长光纤时，延长光纤与尾纤的对轴角度θ2也为45°?0°；（9）获取第二次分布式偏振串音测量结果，即器件的光学偏振串音测量数据，其光程扫描范围ΔS的要求与步骤7）相同；（10）通过对数据的分析和计算，获得波导器件的芯片消光、芯片的线性双折射，波导输入/输出端尾纤的耦合串音、尾纤的线性双折射光学参量：（10.1）将测量步骤（9）获得的器件分布式偏振串音测量结果与步骤（7）获得的白光干涉仪的仪器偏振串音本底数据进行对比，可以获得若干由波导芯片、波导输入或输出保偏尾纤、输出或输出延长保偏光纤引入的偏振串音特征峰，峰值的横坐标对应光程差S，单位：μm，纵坐标对应偏振串音的幅度E，单位：dB；（10.2）根据输入延长光纤的长度lf?i数值，计算得到输入延长保偏光纤的理论光程延迟数值Sf?i（理论），Sf?i（理论）=lf?i×Δnf（理论），Δnf（理论）按5×10?4计；器件偏振串音测试数据中，确定由输入延长保偏光纤与输入保偏尾纤的焊点引起的满足光程延迟量Sf?i（理论）的偏振串音峰值，其纵坐标数值对应焊点串音值Ef?i，横坐标对应为输入延长保偏光纤真实的光程延迟量Sf?i（测量）；（10.3）根据波导输入保偏尾纤的长度lW?i数值，计算得到波导输入保偏尾纤的理论光程延迟数值SW?i（理论），SW?i（理论）=lW?i×Δnf（理论），Δnf（理论）按5×10?4计；器件测试数据中，确定由输入保偏尾纤音引起的满足光程延迟量Sf?i（测量）+SW?i（理论）的偏振串音峰值，其纵坐标耦合串音值EW?i，横坐标对应真实的光程延迟量Sf?i...

【技术特征摘要】
1.一种多功能铌酸锂集成器件的光学性能测量方法，其特征在于：(1)测量波导器件输入保偏尾纤的长度lW-i，检测传输在输入保偏尾纤快慢轴之间光波的光程差SW-i是否大于光源光谱纹波产生的相干峰的光程Sripple，即SW-i>Sripple，SW-i＝lW-i×Δnf，Δnf保偏尾纤的线性双折射；(2)如果输入保偏尾纤的长度lW-i不满足步骤(1)中的条件，则在输入保偏尾纤上焊接一段输入延长保偏光纤，焊点的对轴角度为0°-0°，长度为lf-i的输入延长保偏光纤满足光程差Sf-i大于光源光谱纹波产生的相干峰的光程Sripple，即Sf-i>SrippleSf-i＝lf-i×Δnf，Δnf保偏尾纤的线性双折射，测量并记录输入延长保偏光纤的长度lf-i；(3)测量波导芯片的长度lW；(4)测量波导器件输出保偏尾纤的长度lW-o，检测传输在输出保偏尾纤快慢轴之间光波的光程差SW-o是否大于传输在波导芯片快慢轴之间光波的光程差SW，即SW-o>SW，SW-o＝lW-o×Δnf，SW＝lW×ΔnW，ΔnW波导芯片的线性双折射；(5)如果输出保偏尾纤的长度lW-o不满足步骤(4)的条件，则在输出保偏尾纤上焊接一段输出延长保偏光纤，焊点的对轴角度为0°-0°，长度为lf-o的输出延长保偏光纤的光程差Sf-oSf-o>SW，Sf-o＝lf-o×Δnf，测量并记录输出延长保偏光纤的长度lf-o；(6)对准输入或输出保偏尾纤的慢轴与波导芯片的传输轴，无输入延长保偏光纤时，输入保偏尾纤与白光干涉仪输出起偏器的尾纤的对轴角度θ1为0°-0°；有输入延长保偏光纤时，输入延长保偏光纤与白光干涉仪输出起偏器的尾纤的对轴角度θ1也为0°-0°；无输出延长保偏光纤时，输出保偏尾纤与白光干涉仪输入检偏器的尾纤的对轴角度θ2为0°-0°；有输出延长保偏光纤时，输出延长保偏光纤与白光干涉仪输入检偏器的尾纤的对轴角度θ2也为0°-0°；对准输入或输出保偏尾纤快轴与波导芯片的传输轴，输入保偏尾纤或者输入延长保偏光纤与白光干涉仪输出检偏器的尾纤的对轴角度θ1为0°-90°；输出保偏尾纤或者输出延长保偏光纤与白光干涉仪输入检偏器的尾纤的对轴角度θ2为90°-0°；(7)获取第一次分布式偏振串音测量结果，即白光干涉仪的仪器偏振串音噪声本底数据，其横坐标为扫描光程数值S，单位：μm，纵坐标为偏振串音幅度E，单位：dB；测量的光程扫描范围ΔSΔS>2(Sf-i+SW-i+SW+SW-o+Sf-o)并且，光程扫描范围的中点为偏振串音测量数据的最大峰值的位置；(8)变换波导器件的光注入条件：无输入延长保偏光纤时，输入保偏尾纤与白光干涉仪输入起偏器的尾纤的对轴角度θ1为0°-45°；有输入延长保偏光纤时，输入延长保偏光与白光干涉仪输入起偏器的尾纤的对轴角度θ1也为0°-45°；无输出延长保偏光纤时，输出保偏尾纤与白光干涉仪输出检偏器的尾纤的对轴角度θ2为45°-0°；有输出延长保偏光纤时，输出延长保偏光纤与尾纤的对轴角度θ2也为45°-0°；(9)获取第二次分布式偏振串音测量结果，即器件的光学偏振串音测量数据，其光程扫描范围ΔS的要求与步骤(7)相同；(10)通过对数据的分...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨军，苑勇贵，柴俊，彭峰，吴冰，苑立波，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：