CN108594627A - 一种功能光学器件的延迟时间的获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功能光学器件的延迟时间的获取方法，该方法包括以下步骤：将周期性方波光脉冲分为两路输出，一路通过功能光学器件后入射到探测器，另一路作为对照组直接入射到探测器，探测器将光信号转换为电信号；将两路探测器输出的电信号放大后输入至示波器；在功能光学器件上加上外部控制信号，使得功能光学器件在周期性方波光脉冲的上升沿或下降沿时开始工作；根据示波器观察到的响应波形，来计算功能光学器件的延迟时间。本发明采用探测器和示波器来实现测试与计算，具有实现容易、成本低等优势；采用周期性调制方法，将难以观察和测量的极短时间的光学响应转变为容易测量的周期信号的延迟，具有易于操作实现的优势；与现有商用技术相比，精度更高。

Description

一种功能光学器件的延迟时间的获取方法

技术领域

本发明属于光学应用领域，更具体地，涉及一种功能光学器件的延迟时间的获取方法。

背景技术

随着光学技术的发展，光学器件产业越来越趋于成熟。如今，热光器件、电光器件、声光器件、磁光器件等功能光学器件作为光学器件的一种，在光学领域得到了广泛的应用。特别是在光纤通信以及光网络领域，热光开关、液晶开关、电光开关、声光开关等新兴光开关在其中扮演着重要的角色。

和电子器件一样，延迟特性是光学器件最重要的参数之一。理论上，光学器件的延迟时间最快能达到飞秒(fs)量级，而电子器件理论上最高只能达到纳秒(ns)级别的延迟时间，前者比后者大了将近6个数量级。当前市面上的功能光学器件的延迟时间一般能够达到ns量级，已经达到甚至超过了电子器件所达到的极限值。如此快的延迟时间，自然难以测量。因此，当前国内文献也都基本忽略了延迟时间的测试。但随着集成光学的发展,光学器件或系统可以集成很多光学部件,而这些光学器件(系统)的延迟时间则不可以被忽视。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有技术无法测量功能光学器件延迟时间的技术问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种功能光学器件的延迟时间的获取方法，该方法包括以下步骤：

S1.将周期性方波光脉冲分为两路输出，一路通过功能光学器件后入射到探测器，另一路作为对照组直接入射到探测器，探测器将光信号转换为电信号；

S2.将两路探测器输出的电信号放大后输入至示波器；

S3.在功能光学器件上加上外部控制信号，使得功能光学器件在周期性方波光脉冲的上升沿或下降沿时开始工作；

S4.根据示波器观察到的功能光学器件与对照组的响应波形，来计算功能光学器件的延迟时间。

具体地，步骤S1中，使用电控Shutter物理方法来调制连续激光器，或者通过调制激光器输入电流对连续激光器进行内部调制，将连续激光调制为周期性方波光脉冲。

具体地，步骤S1中使用分光镜将经过调制的激光分为两路。

具体地，所述根据示波器观察到的功能光学器件与对照组的响应波形，来计算功能光学器件的延迟时间，包括：

记功能光学器件响应波形上升沿的起始时间点为T1，待电压值稳定后记录此时的时间点为T2；对照组波形上升沿的起始时间点为T3，上升到最高点时的时间点为T4，则功能光学器件的延迟时间T为：

T＝(T2-T1)-(T3-T4)；

或者，记功能光学器件响应波形下降沿的起始时间点为T1，待电压值稳定后记录此时的时间点为T2；对照组波形下降的起始时间点为T3，下降到最低点时的时间点为T4，则功能光学器件的延迟时间T为：

T＝(T2-T1)-(T3-T4)。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本发明采用探测器和示波器来计算功能光学器件的延迟时间，具有实现容易、成本低等优势；

2、本发明采用周期性调制方法，将难以观察和测量的极短时间的光学响应转变为容易测量的周期信号的延迟，具有易于操作实现的优势；

3、本发明与现有的若干商用测试延迟时间的检测技术相比，精度更高。

附图说明

图1为本发明实施例提供的功能光学器件的延迟时间的获取方法流程图。

图2为本发明实施例一提供的热光器件的延迟时间测量系统结构示意图。

图3为本发明实施例一提供的热光VO₂薄膜器件的电压响应波形图。

图4为本发明实施例一提供的对照组电压响应波形图。

图5为本发明实施例二提供的电光器件的延迟时间测量系统结构示意图。

图6为本发明实施例二提供的电光器件与对照组的电压响应波形图。

图7为本发明实施例三提供的磁光器件的延迟时间测量系统结构示意图。

图8为本发明实施例三提供的磁光器件与对照组的电压响应波形图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明实施例提供的功能光学器件的延迟时间的获取方法流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

S1.将周期性方波光脉冲分为两路输出，一路通过功能光学器件后入射到探测器，另一路作为对照组直接入射到探测器，探测器将光信号转换为电信号；

S2.将两路探测器输出的电信号放大后输入至示波器；

S3.在功能光学器件上加上外部控制信号，使得功能光学器件在周期性方波光脉冲的上升沿或下降沿时开始工作；

S4.根据示波器观察到的功能光学器件与对照组的响应波形，来计算功能光学器件的延迟时间。

具体地，步骤S1中，使用电控Shutter等物理方法来调制连续激光器，或者通过调制激光器输入电流对连续激光器进行内部调制，将连续激光调制为周期性方波光脉冲。

具体地，步骤S1中使用分光镜将经过调制的激光分为两路。

具体地，所述根据示波器观察到的与对照组的响应波形，来计算功能光学器件的延迟时间，包括：

记功能光学器件响应波形上升沿(或下降沿)的起始时间点为T1，待电压值稳定后记录此时的时间点为T2；对照组波形上升沿(或下降沿)的起始时间点为T3，上升(或下降)到最高点时的时间点为T4，则功能光学器件的相变延迟时间T为：

T＝(T2-T1)-(T3-T4)。

功能光学器件包括热光器件、电光器件、声光器件、磁光器件等，例如，热光VO₂薄膜、电光液晶、OLED以及硫化物玻璃等功能器件。

实施例一中功能光学器件为热光器件，具体地为热光VO₂薄膜。图2为本发明实施例一提供的热光器件的延迟时间测量系统结构示意图。如图2所示，该系统包括：光学探测器FDS100PIN管(可选用其他探测器，响应时间越快越好)、频率100MHz(可精确到10ns)的灵敏示波器(可选用其他示波器，频率越高越好)、中心波长为1064nm的连续可调的分体型激光器VA-I-N-1064等(根据测试需要可选择合适的激光波长)。本发明所述测量系统为减小噪声影响，均在暗室(或遮光的箱体)内进行。

热光VO₂薄膜的延迟时间测量方法包括以下步骤：

S1.激光器的输出端接电控shutter的输入端，激光器发射连续激光，shutter将连续激光调制为周期性方波光脉冲；

S2.将电控shutter的输出端接分光镜的输入端，分光镜将周期性方波光脉冲分为两路输出，一路输出通过被测器件后入射到探测器；另一路输出作为对照组直接入射到探测器；

S3.两路探测器的输出端接信号采集放大模块的输入端，信号采集放大模块的输出端接双踪示波器的输入端；

S4.对热光VO2薄膜器件进行加热，使其在光脉冲上升沿时温度达到其相变温度；

此时，器件透过率降低，在示波器上可以检测到电压下降现象。

S5.根据热光VO₂薄膜器件的波形与对照组的波形，来计算热光VO₂薄膜的延迟时间。

图3为本发明实施例一提供的热光VO₂薄膜器件的电压响应波形图，图4为本发明实施例一提供的对照组电压响应波形图。

记热光VO₂薄膜器件光响应波形上升沿的起始时间为T1，示波器电压值稳定后记录此时的时间点为T2；对照组波形上升沿的起始时间为T3，上升到最高点时的时间为T4，则延迟时间T为：T＝(T2-T1)-(T3-T4)。

实施例一是通过shutter将连续激光调制为周期性方波光脉冲，代替地，可以通过调制激光器输入电流对连续激光器进行内部调制。

实施例二中功能光学器件为电光器件，图5为本发明实施例二提供的电光器件的延迟时间测量系统结构示意图。如图5所示，电光器件的延迟时间测量系统与实施例一的结构相似，区别在于样品为电光器件，对样品操作不是加热，而是加电压。

在待测电光器件两端加上电极，往器件两端的电极施加电压，使其在光脉冲上升沿时达到器件工作电压。此时，器件透过率增大，在示波器上可以检测到电压上升现象。

图6为本发明实施例二提供的电光器件与对照组的电压响应波形图。记电光器件响应波形上升沿的起始时间为T1，示波器电压值稳定后记录此时的时间点为T2；对照组波形上升沿的起始时间为T3，上升到最高点时的时间为T4，则相变延迟时间T为：T＝(T2-T1)-(T3-T4)。

实施例三中功能光学器件为磁光器件，图7为本发明实施例三提供的磁光器件的延迟时间测量系统结构示意图。如图7所示，磁光器件的延迟时间测量系统与实施例一的结构相似，区别在于：样品为磁光器件，对样品的操作不是加热，而是加磁场；电控shutter与分光镜之间增加起偏镜，磁光器件与探测器之间增加检偏镜。

在磁光器件周围加上磁场，使光脉冲上升沿时器件正常工作，激光通过器件的偏振角发生偏转，使得通过检偏器后的光强发生变化。

图8为本发明实施例三提供的磁光器件与对照组的电压响应波形图。记磁光器件响应波形上升沿的起始时间为T1，待电压值稳定后记录此时的时间点为T2；对照组波形上升沿的起始时间为T3，上升到最高点时的时间为T4，则相变延迟时间T为：T＝(T2-T1)-(T3-T4)。

以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种功能光学器件的延迟时间的获取方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1.将周期性方波光脉冲分为两路输出，一路通过功能光学器件后入射到探测器，另一路作为对照组直接入射到探测器，探测器将光信号转换为电信号；

S2.将两路探测器输出的电信号放大后输入至示波器；

S3.在功能光学器件上加上外部控制信号，使得功能光学器件在周期性方波光脉冲的上升沿或下降沿时开始工作；

S4.根据示波器观察到的功能光学器件与对照组的响应波形，来计算功能光学器件的延迟时间。

2.如权利要求1所述的延迟时间的获取方法，其特征在于，步骤S1中，使用电控Shutter物理方法来调制连续激光器，或者通过调制激光器输入电流对连续激光器进行内部调制，将连续激光调制为周期性方波光脉冲。

3.如权利要求1或2所述的延迟时间的获取方法，其特征在于，步骤S1中使用分光镜将经过调制的激光分为两路。

4.如权利要求1-3任一项所述的延迟时间的获取方法，其特征在于，所述根据示波器观察到的功能光学器件与对照组的响应波形，来计算功能光学器件的延迟时间，包括：

记功能光学器件响应波形上升沿的起始时间点为T1，待电压值稳定后记录此时的时间点为T2；对照组波形上升沿的起始时间点为T3，上升到最高点时的时间点为T4，则功能光学器件的延迟时间T为：

T＝(T2-T1)-(T3-T4)；

或者，记功能光学器件响应波形下降沿的起始时间点为T1，待电压值稳定后记录此时的时间点为T2；对照组波形下降的起始时间点为T3，下降到最低点时的时间点为T4，则功能光学器件的延迟时间T为：

T＝(T2-T1)-(T3-T4)。