CN103737521B - 光波导参数测试夹具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光波导参数测试夹具，包括底座、光波导夹具、纵向导轨、一组固定横向导轨和输入棱镜夹具、一组或多组滑动横向导轨和输出棱镜夹具，所述固定横向导轨、所述纵向导轨和所述光波导夹具安装在所述底座上，所述滑动横向导轨安装在所述纵向导轨上，所述输入棱镜夹具安装在所述固定横向导轨上，所述输出棱镜夹具安装在所述滑动横向导轨上，所述光波导夹具位于靠近所述固定横向导轨和所述滑动横向导轨的末端的位置。也可以用CCD相机代替所述输出棱镜夹具。本发明可用于夹持棱镜耦合器、待测光波导以及探测器等，适用于多种光波导参数测量方法，具有结构简单新颖、测试精度高、重复性好、操作方便、适用范围广等优点。

Description

光波导参数测试夹具

技术领域

本发明涉及光波导技术领域，特别涉及一种光波导参数测试夹具，用于光波导及其器件的传输损耗、折射率及其分布以及导波层厚度等光波导参数测量。

背景技术

光波导是集成光路及其元器件中最基本的构成单元，是实现光电集成和光子器件最具潜力的基础结构，其作用类似电路中的导线，用来实现不同器件之间的光路连接，对光波主要起着限制、传输、耦合的作用。由于传播损耗小，制作成本低廉，且易于与其他光电元件集成。为了提高各类光波导器件的性能，对光波导各种参数的表征是必不可少的。通过对光波导及其器件的光波导参数准确测量才能进一步分析、设计、优化光波导器件，同时这也是把光波导器件从实验室推向实用和商用的一个重要环节。

棱镜耦合是一种实现光波导激励的最常用方法，是将光波从光波导的侧面射入的耦合法，并以导模的形式在光波导内传输。由于各个待测光波导的材料、加工工艺、表面质量以及棱镜的材料、表面质量不同，往往棱镜耦合要求棱镜底面与光波导表面有很小的间隙，或者有添加折射率匹配液的空间，以提高棱镜耦合的效率。

耦合棱镜和待测光波导是两种分离的器件，要想通过棱镜耦合器激励光波导从而测量光波导参数，就必须将棱镜和待测光波导按照一定要求组合起来。但是直接利用一些通用夹具分别夹持这两种器件，难以达到测试要求的精度，而且操作起来极不方便。如果想要提高精度，所需要求的设备成本将会很高，同样也避免不了操作的复杂和调节的不便。因此光波导参数测试夹具的研发已知受到相关研究人员的关注，例如专利文献CN 101839799A公开了一种光波导测试装置，主要用于待测光波导和棱镜耦合器的夹持，但是该装置直接将棱镜压在光波导表面，不能调节棱镜底面与待测光波导表面的间隙，光波导耦合效率很低，增加了测试难度和探测器的要求，测试精度也会受到影响。而且该装置的输出耦合棱镜不能移动，光波导夹具只能夹持固定尺寸的待测光波导且底面没有预留通光空间，因而该装置适用的测试方法有限。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处,提供一种通用性强、结构简单、测试精度高、操作方便、重复性高、易于加工的光波导参数测试夹具。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种光波导参数测试夹具，包括底座、光波导夹具、纵向导轨、一组固定横向导轨和输入棱镜夹具、一组或多组滑动横向导轨和输出棱镜夹具，所述固定横向导轨、所述纵向导轨和所述光波导夹具安装在所述底座上，所述滑动横向导轨安装在所述纵向导轨上，所述输入棱镜夹具安装在所述固定横向导轨上，所述输出棱镜夹具安装在所述滑动横向导轨上，所述光波导夹具位于靠近所述固定横向导轨和所述滑动横向导轨的末端的位置。

进一步地：

所述输入棱镜夹具和/或所述输出棱镜夹具包括导轨滑块、立柱、棱镜支撑板和棱镜夹持梁，所述输入棱镜夹具的导轨滑块与所述固定横向导轨连接，所述输出棱镜夹具的导轨滑块与所述滑动横向导轨滑动连接，所述立柱耦合到所述导轨滑块上，所述棱镜支撑板和所述棱镜夹持梁可上下调节地安装在所述立柱上。

所述输入棱镜夹具包括用于将所述输入棱镜夹具的所述导轨滑块紧定在所述固定横向导轨上的紧定螺钉，所述输出棱镜夹具包括用于将所述滑动横向导轨紧定在所述纵向导轨上的紧定螺钉。

所述输入棱镜夹具和/或所述输出棱镜夹具包括用于将棱镜支撑板和棱镜夹持梁紧固在所述立柱上的紧定螺钉，所述棱镜夹持梁上设有用于将棱镜夹紧在所述棱镜支撑板和所述棱镜夹持梁之间的调节螺钉。

所述输入棱镜夹具和/或所述输出棱镜夹具包括可滑动地安装在所述导轨滑块上的滑动底座，所述立柱固定在所述滑动底座上，所述滑动底座上设有用于微调滑动底座在所述导轨滑块上的位移以微调棱镜底面与光波导表面的间隙的滑动底座微调装置。

所述光波导夹具包括竖直滑动导轨、固定支撑板和滑动支撑板，所述滑动支撑板可上下调节地安装在所述竖直滑动导轨上，所述固定支撑板固定在所述竖直滑动导轨的下方。

所述光波导夹具包括用于将所述滑动支撑板紧固在所述竖直滑动导轨上的紧定螺栓。

所述固定支撑板和所述滑动支撑板上设有用于限制光波导位移的限位台阶，所述光波导夹具还包括安装在所述固定支撑板和所述滑动支撑板上以压紧待测光波导的压紧装置。

还包括安装在所述输出棱镜夹具上用于接收和检测输出光的探测器。

一种光波导参数测试夹具，包括底座、光波导夹具、纵向导轨、横向导轨、输入棱镜夹具和CCD相机，所述纵向导轨、所述横向导轨和所述光波导夹具安装在所述底座上，所述输入棱镜夹具安装在所述横向导轨上，所述光波导夹具位于靠近所述横向导轨的末端的位置，所述CCD相机用于摄取光波导的图像信息。

本发明的有益效果：

本发明提供的光波导参数测试夹具，通过其中的横向及纵向导轨、光波导夹具、输入棱镜夹具、输出棱镜夹具的设计，所述输入、输出棱镜夹具通过横纵向多条导轨与底座相连，能够方便实现被夹持的输入棱镜耦合器横向滑动调节，方便地调节棱镜底面与待测光波导表面的间距，而被夹持的输出棱镜耦合器可以在水平面上滑动到横向及纵向任意位置，实现被夹持棱镜和待测光波导进行有效的测试配合，从而可靠地测量光波导的传输损耗、折射率及其分布以及导波层厚度等光波导参数。而且，本发明适用于M线法、滑动棱镜法、三棱镜法、数码照相法测量光波导损耗等多种不同光波导参数测试方法，具有通用性强、结构简单、测试精度高、操作方便、重复性高、易于加工等优点。

附图说明

图1为本发明光波导参数测试夹具一种实施例的结构示意图；

图2为本发明一种实施例中的棱镜夹具部分的示意图；

图3为本发明一种实施例中的底座、光波导夹具、固定横向导轨及纵向导轨的示意图；

图4为本发明一种实施例中的滑动横向导轨的左右二等角轴测图；

图5为实例1以滑动棱镜法测量光波导损耗的原理示意图；

图6为实例2以CCD照相法测量光波导损耗的原理示意图。

具体实施方式

参见图1至图4，光波导参数测试夹具包括底座1、光波导夹具5、纵向导轨2、一组固定横向导轨3和输入棱镜夹具6、一组滑动横向导轨4和输出棱镜夹具7，固定横向导轨3、纵向导轨2和光波导夹具5安装在底座1上，滑动横向导轨4安装在纵向导轨2上，输入棱镜夹具6安装在固定横向导轨3上，输出棱镜夹具7安装在滑动横向导轨4上，光波导夹具5位于靠近固定横向导轨3和滑动横向导轨4的末端的位置。

如图1至图3所示，在一种实施例中，输入棱镜夹具6和输出棱镜夹具7结构完全一致，均包括导轨滑块601、立柱602、棱镜支撑板603和棱镜夹持梁604，输入棱镜夹具6的导轨滑块601与固定横向导轨3连接，输出棱镜夹具7的导轨滑块601与滑动横向导轨4滑动连接，立柱602耦合到导轨滑块601上，棱镜支撑板603和棱镜夹持梁604可上下调节地安装在立柱602上。如图1和图4所示，滑动横向导轨4包括一条横向导轨和一个与之相固连的位于纵向导轨2上的导轨滑块，导轨滑块上设有用于装紧定螺钉的螺纹孔401。

如图1、图3和图4所示，优选的，固定横向导轨3和滑动横向导轨4在靠光波导夹具5的一端设有止位台阶402，止位台阶402可有效防止各部件之间相互碰撞和保护待测光波导。横向导轨的另一端未设止位台阶，可以方便拆卸与之相连的其他部件。

如图1和图2所示，优选的，输入棱镜夹具6包括用于将输入棱镜夹具6的导轨滑块601紧定在固定横向导轨3上的紧定螺钉605。输出棱镜夹具7包括用于将滑动横向导轨4紧定在纵向导轨2上的紧定螺钉，方便调节和固定输出棱镜夹具7纵向位置。

如图1和图2所示，优选的，输入棱镜夹具6和输出棱镜夹具7包括用于将棱镜支撑板603和棱镜夹持梁604紧固在立柱602上的紧定螺钉606。棱镜夹持梁604上设有用于将棱镜夹紧在棱镜支撑板603和棱镜夹持梁604之间的调节螺钉607。所设计的棱镜夹具可以夹持不同类型、不同尺寸大小的输、输出棱镜耦合器，包括但不限于直角棱镜、对称棱镜、立方体棱镜等。

棱镜支撑板603可设有加强筋和预留安装孔。加强筋可以提高支撑板的刚度，提高棱镜夹具与光波导夹具5的配合精度，保证耦合效率和质量。预留的安装孔可用于进一步安装其他类型的夹具，增大棱镜夹具的适用范围。

优选的，输入棱镜夹具6和输出棱镜夹具7包括可滑动地安装在导轨滑块601上的滑动底座608，立柱602固定在滑动底座608上，滑动底座608上设有滑动底座微调装置，滑动底座微调装置可以带有精密调节旋钮609。通过精密调节旋钮609可微调滑动底座608在导轨滑块601上的位移，从而精密调节棱镜底面与光波导表面的间隙。滑动底座608和滑动底座微调装置实现了棱镜底面与波导表面间隙的精密调节，达到棱镜耦合所需要的耦合间隙，提高了棱镜耦合的效率。

输入棱镜夹具6与输出棱镜夹具7在操作上相互独立，能单独调节互不影响，且可以方便拆卸。

在另一些实施例中，滑动横向导轨4和输出棱镜夹具7也可以有多组（未图示），即有多条滑动横向导轨4和安装在各横向导轨上的多个输出棱镜夹具7，从而适用于二棱镜法（滑动棱镜法）、三棱镜法、多棱镜法等需要多个输出耦合器的测量方法。

如图1和图3所示，优选的，光波导夹具5包括竖直滑动导轨501、固定支撑板502和滑动支撑板503，滑动支撑板503可上下调节地安装在竖直滑动导轨501上，固定支撑板502固定在竖直滑动导轨501的下方。光波导夹具5可包括紧定螺栓，优选通过蝶形螺母和方头螺钉在竖直滑动导轨501上固定滑动支撑板503的位置。光波导夹具5可以在竖直滑动导轨501上移动调整滑动支撑板503的位置，从而可以夹持不同长度、宽度以及厚度等三维尺寸的待测光波导。

较佳地，光波导夹具5的前后左右四面均无遮蔽物，分别对应于待测光波导的表面、底面、首端面和末端，预留有足够的空间以激励或观察拍摄待测光波导。

固定支撑板502和滑动支撑板503上设有用于限制光波导位移的限位台阶504，光波导夹具5还包括安装在固定支撑板502和滑动支撑板503上以压紧待测光波导的压紧装置。滑动支撑板503上可开设螺纹孔505。

如图1和图3所示，底座1可以呈L型，固定横向导轨3和纵向导轨2固定在L型底座1的水平部分，固定支撑板502即L型底座1的竖直部分。

底座1上可以设有沉头孔506，以便于整个夹具装置安装在平台、旋转台、调节支架等其他设备上。

一个实施例的光波导参数测试夹具的使用方法如下：

1、光波导夹具夹持待测光波导

（1）安装整个光波导参数测量测试夹具到其他光学设备上，如旋转台、光学平台、调节架等；

（2）准备待测光波导，并将光波导表面清理干净；

（3）调节光波导夹具5的滑动支撑板503到合适位置，使待测光波导的侧面与固定支撑板502、滑动支撑板503上的限位台阶紧密接触；

（4）拧紧滑动支撑板503上的蝶形螺母。

2、棱镜夹具夹持输入棱镜

（1）调节棱镜夹具的导轨滑块601，使棱镜夹具离待测光波导最远，拧紧固定横向导轨3上的紧定螺钉；

（2）根据棱镜尺寸大小和待测光波导宽度，调节棱镜支撑板603、棱镜夹持梁604到适当位置，并将棱镜夹持梁604上的调节螺钉的伸出端调至最小；

（3）将耦合棱镜放置到棱镜支撑板603上，调节棱镜夹持梁604上的调节螺钉，夹紧耦合棱镜；

（4）松开固定横向导轨3上的紧定螺钉，使棱镜夹具沿固定横向导轨3向待测光波导移动，直到棱镜底面与待测光波导表面紧密接触，再拧紧固定横向导轨3上的紧定螺钉；

（5）调节位移微调装置的旋钮，使耦合棱镜离开待测光波导到适当的耦合间隙；

（6）通过光路从输入棱镜的斜面引入入射光线，通过调节上述其他光学设备选择合适的入射角，就可以在待测光波导中激励相应的光波导模式。

3、棱镜夹具夹持输出棱镜

只需要在夹持之前固定滑动横向导轨4在纵向导轨2上的位置，而后的步骤跟夹持输入棱镜完全一致，夹持完成之后，松开纵向导轨2上的紧定螺钉，就可以调节输入输出棱镜的距离。

参阅图5，在另一些实施例中，输出棱镜夹具7上除输出棱镜外还安装有探测器9。光波导参数测量测试夹具可以安装到其他光学设备上如旋转台10上。可采用M线法、滑动棱镜法、三棱镜法等光波导参数测量方法测量待测光波导11，并在纵向导轨2上刻制标尺，输出棱镜耦合器的夹持与调节步骤跟输入棱镜耦合器的一致。可以使探测器9与输出棱镜一起在导轨上移动。滑动输出棱镜，在不同点耦合接收光波导光，由探测器9接收输出光，就可以测量出光波导损耗、折射率以及折射率分布等参数。

参阅图6，在另一些实施例中，光波导参数测试夹具也可以用CCD相机8替代滑动横向导轨4和输出棱镜夹具7。采用棱镜耦合作为输入耦合器、数码照相法测量光波导损耗等参数，输入棱镜的夹持步骤与上述一致，从光波导11的表面或底面预留的通光空间拍摄光波导，从而测量相关参数。

结合以下两个实例作进一步描述。

实例1

选用不锈钢或者铝合金作为制造材料，紧定螺钉、方头螺钉以及蝶形螺母等选用标准件。底座呈L型，长120mm，宽60mm，厚8mm，高24mm。纵向导轨2长90mm，固定横向导轨3、滑动横向导轨4长度均为48mm，要求滑动横向导轨4纵向导轨2在纵向导轨2上之后导轨所在平面与固定横向导轨3所在平面重合。光波导夹具5的竖直滑动导轨501长度为54mm，宽15mm，厚5mm。滑动支撑板503长120mm，宽15mm，厚3mm。固定支撑板502、滑动支撑板503上的螺纹孔为M5，限位台阶为2mm×0.5mm。棱镜大小20mm×20mm×20mm，待测光波导50mm×30mm×0.5mm。入射光为半导体激光器输出的1550nm波长红外光，棱镜底面与待测光波导表面间隙设为0.4μm，通过调节位移微调装置实现。其他零部件尺寸可参照待测光波导、棱镜等主要尺寸选择。

采用滑动棱镜法测量光线12的光波导损耗，按照前述安装夹持步骤，夹持耦合棱镜（包括输入、输出耦合棱镜）和待测光波导，并调节好相关尺寸间隙。就可以移动输出棱镜和探测器9在不同位置测量耦合输出光强，而后根据记录的一系列数据描述出光波导光在光波导层中的传输光强变化图线，从而求得待测光波导传输损耗。测试原理示意图如图5所示。

实例2

采用CCD数码照相法测量光波导损耗。拆除输出棱镜夹具7，通过保留输入棱镜夹具6夹持的棱镜耦合器激励光波导光，测试原理示意图如图6所示。用图像采集卡对CCD相机8拍摄的照片所反映的光强数据采集后，采用数字图像处理技术滤波降噪，同样可以描绘出光波导光在光波导层中的传输光强变化图线，从而求得待测光波导传输损耗。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的实施例进行变通或者等同替换，而不脱离本发明的实质和范围。

Claims (10)

1.一种光波导参数测试夹具，其特征在于，包括底座、光波导夹具、纵向导轨、一组固定横向导轨和输入棱镜夹具、一组或多组滑动横向导轨和输出棱镜夹具，所述固定横向导轨、所述纵向导轨和所述光波导夹具安装在所述底座上，所述滑动横向导轨安装在所述纵向导轨上，所述输入棱镜夹具安装在所述固定横向导轨上，所述输出棱镜夹具安装在所述滑动横向导轨上，所述光波导夹具位于靠近所述固定横向导轨和所述滑动横向导轨的末端的位置。

2.如权利要求1所述的光波导参数测试夹具，其特征在于：所述输入棱镜夹具和/或所述输出棱镜夹具包括导轨滑块、立柱、棱镜支撑板和棱镜夹持梁，所述输入棱镜夹具的导轨滑块与所述固定横向导轨连接，所述输出棱镜夹具的导轨滑块与所述滑动横向导轨滑动连接，所述立柱耦合到所述导轨滑块上，所述棱镜支撑板和所述棱镜夹持梁可上下调节地安装在所述立柱上。

3.如权利要求2所述的光波导参数测试夹具，其特征在于：所述输入棱镜夹具包括用于将所述输入棱镜夹具的所述导轨滑块紧定在所述固定横向导轨上的紧定螺钉，所述输出棱镜夹具包括用于将所述滑动横向导轨紧定在所述纵向导轨上的紧定螺钉。

4.如权利要求2所述的光波导参数测试夹具，其特征在于：所述输入棱镜夹具和/或所述输出棱镜夹具包括用于将棱镜支撑板和棱镜夹持梁紧固在所述立柱上的紧定螺钉，所述棱镜夹持梁上设有用于将棱镜夹紧在所述棱镜支撑板和所述棱镜夹持梁之间的调节螺钉。

5.如权利要求2所述的光波导参数测试夹具，其特征在于：所述输入棱镜夹具和/或所述输出棱镜夹具包括可滑动地安装在所述导轨滑块上的滑动底座，所述立柱固定在所述滑动底座上，所述滑动底座上设有用于微调滑动底座在所述导轨滑块上的位移以微调棱镜底面与光波导表面的间隙的滑动底座微调装置。

6.如权利要求1至5任一项所述的光波导参数测试夹具，其特征在于：所述光波导夹具包括竖直滑动导轨、固定支撑板和滑动支撑板，所述滑动支撑板可上下调节地安装在所述竖直滑动导轨上，所述固定支撑板固定在所述竖直滑动导轨的下方。

7.如权利要求6所述的光波导参数测试夹具，其特征在于：所述光波导夹具包括用于将所述滑动支撑板紧固在所述竖直滑动导轨上的紧定螺栓。

8.如权利要求6所述的光波导参数测试夹具，其特征在于：所述固定支撑板和所述滑动支撑板上设有用于限制光波导位移的限位台阶，所述光波导夹具还包括安装在所述固定支撑板和所述滑动支撑板上以压紧待测光波导的压紧装置。

9.如权利要求1至5任一项所述的光波导参数测试夹具，其特征在于：还包括安装在所述输出棱镜夹具上用于接收和检测输出光的探测器。

10.一种光波导参数测试夹具，其特征在于，包括底座、光波导夹具、纵向导轨、横向导轨、输入棱镜夹具和CCD相机，所述纵向导轨、所述横向导轨和所述光波导夹具安装在所述底座上，所述输入棱镜夹具安装在所述横向导轨上，所述光波导夹具位于靠近所述横向导轨的末端的位置，所述CCD相机用于摄取光波导的图像信息。