CN114839730B - 一种光芯片的出射模场测量装置及其测量方法 - Google Patents

一种光芯片的出射模场测量装置及其测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光芯片的出射模场测量装置及其测量方法，包括待测光芯片、放大透镜组件和平面探测器，待测光芯片设置有至少两个光波导，至少两个光波导的出射端位于同一侧上并呈预设间距相间隔，至少两个光波导的出射光经过放大透镜组件的成像放大后入射至平面探测器。以芯片波导间距进行定标，根据等比例关系可计算得出出射端处的出射光斑的尺寸，既克服了计算透镜组放大倍率难的问题，也避免了选择其它定标物带来的麻烦，从而简易且精确地测量得出光芯片出射模场。

Description

一种光芯片的出射模场测量装置及其测量方法
技术领域
本发明涉及光芯片领域，尤其涉及一种光芯片的出射模场测量装置及其测量方法。
背景技术
光芯片指借助光波导利用光波进行信息传输或数据运算，将光信号和电信号的调制、传输、解调等集成在同一集成光学介质的芯片。对于由晶圆内部梯度折射率形成的光波导，其与光纤之间的耦合损耗主要由波导端面出射的光斑尺寸决定，准确的测量出光波导出射端面的光斑大小，对于优化波导与光纤的耦合损耗有着重要的意义。
现在常用的方案一般采用透镜(组)配合平面探测器，对波导端面进行近场成像后再测量，具体实施上有两种方案，第一种是分别测量波导端面、平面探测器与透镜的距离，再基于透镜组的参数，计算出成像系统的放大倍率，最后由平面探测器测量出来的光斑尺寸，通过放大倍率计算出波导出射端面的出射光斑的尺寸。对于上述第一种方案，其缺点在于实际操作中难以精确测量波导端面、平面探测器光敏面与透镜组的距离，从而难以计算出实际的放大倍率，导致难以通过探测器成像光斑大小计算出波导端面的光斑大小。
而第二种则是选用一个标准的波导(比如光纤)对测试系统进行定标，根据光纤规格，可以知道其出射光斑的大小，以此为参考，便可以计算出光波导出射光斑的大小。对于上述第二种方案，其缺点主要有三个方面。其一是定标物一般选择光纤，光纤本身的公差会导致用于定标的光斑也存在一定的误差，其二是难以实现光纤端面与波导端面处于同一物面，从而会相应引入一定的误差，其三是光纤规格一般只给出特定波长的光斑大小，因此无法基于该值计算非特定波长下光波导出射光斑的大小。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种简易且精确测量光芯片出射模场的出射模场测量装置。
本发明的第二目的是提供一种上述出射模场测量装置的测量方法。
为了实现本发明第一目的，本发明提供一种光芯片的出射模场测量装置，包括待测光芯片、放大透镜组件和平面探测器，待测光芯片设置有至少两个光波导，至少两个光波导的出射端位于同一侧上并呈预设间距相间隔，至少两个出射端的出射光经过放大透镜组件的成像放大后入射至平面探测器。
由上述方案可见，由于光芯片一般设置有至少两个光波导以及至少两个出射端，而芯片相邻波导出射端的间距为已知的定标距离，再经过放大透镜组件的成像放大后入射至平面探测器，从而获得放大后的两个成像光斑，再得出成像光斑的尺寸以及两个成像光斑的间距，根据等比例关系可计算得出出射端处的出射光斑的尺寸，以芯片波导间距进行定标，既克服了计算透镜放大倍率难的问题，也避免了选择其它定标物带来的麻烦，从而简易且精确地测量得出光芯片出射模场。
更进一步的方案是，待测光芯片为Y型波导光芯片或耦合器型光芯片。
更进一步的方案是，出射模场测量装置还包括输入光纤，输入光纤与光波导的入射端耦合连接。
由上可见，通过Y型波导光芯片或耦合器型光芯片的设置，从而实现输入光纤一次耦合即可得到两个成像光斑，可更进一步地提高测量效率。
更进一步的方案是，待测光芯片为并列波导型光芯片。
更进一步的方案是，出射模场测量装置还包括两根输入光纤，一根输入光纤与一个光波导的入射端耦合连接。
由上可见，当然亦可采用并列波导型光芯片，除了采用单根输入光纤的横向移动获取两个成像光斑外，还可采用两输入光纤同时输入相邻光波导，从而同时获取两个成像光斑。
更进一步的方案是，出射端所在的平面位于放大透镜组件的物平面，平面探测器的接收面位于放大透镜组件的像平面。
由上可见，利用平行布置的两个端面，从而有效提高测量精度。
更进一步的方案是，至少两个光波导包括一个辅助波导和一个或一个以上的待测波导，辅助波导的出射端和待测波导的出射端位于同一侧上并呈预设间距相间隔。
由上可见，通过在芯片制作时添加辅助波导，以辅助波导与待测波导的间距为预设的定标间距，便可简单快捷得到波导出射光斑的实际尺寸。
为了实现本发明第二目的，本发明提供一种光芯片的出射模场测量方法，出射模场测量方法应用在如上述方案的出射模场测量装置；出射模场测量方法包括：
两个出射端的出射光入射至放大透镜组件，经过放大透镜组件的成像放大后入射至平面探测器，平面探测器获得两个成像光斑；
在平面探测器上获取成像光斑的尺寸S2，两个光波导的出射端之间呈预设间距d1相间隔，两个成像光斑之间呈成像间距d2相间隔；
与成像光斑相对应的出射端的出射光斑尺寸为S1，出射光斑S1满足等比例关系：
Figure BDA0003616931740000031
更进一步的方案是，平面探测器在获得成像光斑时，出射端所在的平面位于放大透镜组件的物平面，平面探测器的接收面位于放大透镜组件的像平面。
更进一步的方案是，平面探测器在获得成像光斑时，可先后分别获取两个成像光斑，或同时获取两个成像光斑。
由上可见，在获取成像光斑时先调整出射端和平面探测器的位置，在物平面和像平面时可使成像光斑最小，并以此为固定接收位，随后可先后或同时地获取两个成像光斑，出射光斑和成像光斑的尺寸包括X轴宽度、Y轴宽度和/或面积，利用间距和等比例关系，从而可简易且精确地测量得出光芯片出射模场。
附图说明
图1是本发明出射模场测量装置实施例的结构图。
图2是本发明出射模场测量装置实施例的光路示意图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
参照图1和图2，用于测量光芯片的出射模场的出射模场测量装置包括待测光芯片12、放大透镜组件13和平面探测器14，待测光芯片12、放大透镜组件13和平面探测器14沿光路方向依次布置，待测光芯片12设置有多个光波导121，在本实施例中光芯片采用并列波导型光芯片，多个光波导121的出射端位于同一侧上并呈预设间距d1相间隔。
放大透镜组件13包括至少一个凸透镜，或包括凸透镜或凹透镜组合的透镜组，继而可实现光斑的放大，多个光波导121的出射光经过放大透镜组件13的成像放大后入射至平面探测器14，且出射端所在的平面为出射端面122，出射端面122平行于平面探测器14的接收面141，并且出射端所在的平面位于放大透镜组件的物平面，平面探测器的接收面位于放大透镜组件的像平面，继而可在平面探测器14获得成像光斑142。
采用出射模场测量装置对待测光芯片12的出射光斑123尺寸进行测量时，出射模场测量方法包括：
首先，两个光波导121的出射光入射至放大透镜组件13，经过放大透镜组件13的成像放大后入射至平面探测器14，平面探测器14获得两个成像光斑142，在获得成像光斑142时，可先后分别获取两个成像光斑142，即采用一根输入光纤通过横向移动继而先后对两个波导输出信号光，继而先后获取两个成像光斑，亦可同时获取两个成像光斑142，即采用两根输入光纤11，一跟输入光纤11与一个光波导121的入射端耦合连接，从而可同时获取两个成像光斑。
随后，在平面探测器14上获取成像光斑142的尺寸S2，成像光斑142的尺寸S2包括在x轴方向的宽度W＇x、在y轴方向的宽度W＇y和/或光斑面积，光斑边缘范围定义为最大值的1/e2，再者可得出两个成像光斑142之间的成像间距d2，并且，两个光波导121的出射端之间呈预设间距d1相间隔，预设间距d1为光芯片制作时的定标距离，其为光芯片的已知且准确的定标参数。
成像光斑142相对应的出射端的出射光斑123尺寸为S1，具体地，尺寸S1包括出射光斑123在x轴方向的宽度Wx以及在y轴方向的宽度Wy，出射光斑123的S1满足等比例关系：
Figure BDA0003616931740000041
当然也因此满足等比例关系：
Figure BDA0003616931740000042
最后，通过计算继而可简易且精确地测量得出位于出射端面122处出射光斑123的x轴方向的宽度Wx、y轴方向的宽度Wy和面积，当然光斑尺寸还可以包括其他方向上的长度，其也符合等比例的关系。
另外，平面探测器14在获得成像光斑142时，调节平面探测器14的位置，使成像光斑142的尺寸为最小，并获取最小尺寸的成像光斑142，随后则固定平面探测器14的位置。
上述实施例只是本案较佳实施例，在实际应用中可具有更多变化，例如待测光芯片12为Y型波导光芯片或耦合器型光芯片，继而采用一根输入光纤的一次耦合即可得到两个成像光斑，可更进一步地提高测量效率。再例如，待测光芯片可设置两个或两个以上的光波导，继而在出射端面形成有两个或两个以上的出射光斑，又或者，多个光波导包括至少一个辅助波导和一个或一个以上的待测波导，辅助波导的出射端和待测波导的出射端位于同一侧上并呈预设间距相间隔，利于以辅助波导与待测波导的间距为预设的定标间距，便可简单快捷得到不同待测波导出射光斑的实际尺寸。
由上可见，以芯片波导间距进行定标，既克服了计算透镜放大倍率难的问题，也避免了选择其它定标物带来的麻烦，从而简易且精确地测量得出光芯片出射模场，在探索光波导与光纤耦合的方案中，能明确指出光波导的优化方向，对于快速确定光波导的工艺路线起着重要的作用。

Claims (9)

1.一种光芯片的出射模场测量方法，其特征在于，所述出射模场测量方法应用在出射模场测量装置；
所述出射模场测量装置包括待测光芯片、放大透镜组件和平面探测器，所述待测光芯片、所述放大透镜组件和所述平面探测器沿光路方向依次布置，所述待测光芯片设置有至少两个光波导，至少两个所述光波导的出射端位于同一侧上并呈预设间距相间隔；
至少两个所述出射端的出射光经过所述放大透镜组件的成像放大后入射至所述平面探测器；
所述出射模场测量方法包括：
两个所述出射端的出射光入射至所述放大透镜组件，经过所述放大透镜组件的成像放大后入射至所述平面探测器，所述平面探测器获得两个成像光斑；
在所述平面探测器上获取所述成像光斑的尺寸S2，两个所述光波导的出射端之间呈预设间距d1相间隔，两个所述成像光斑之间呈成像间距d2相间隔；
与所述成像光斑相对应的所述出射端的出射光斑尺寸为S1，所述出射光斑S1满足等比例关系：
Figure FDA0003968723360000011
2.根据权利要求1所述的出射模场测量方法，其特征在于：
所述待测光芯片为Y型波导光芯片或耦合器型光芯片。
3.根据权利要求2所述的出射模场测量方法，其特征在于：
所述出射模场测量装置还包括输入光纤，所述输入光纤与所述光波导的入射端连接。
4.根据权利要求1所述的出射模场测量方法，其特征在于：
所述待测光芯片为并列波导型光芯片。
5.根据权利要求4所述的出射模场测量方法，其特征在于：
所述出射模场测量装置还包括两根输入光纤，一根所述输入光纤与一个所述光波导的入射端连接。
6.根据权利要求1所述的出射模场测量方法，其特征在于：
所述出射端所在的平面位于所述放大透镜组件的物平面，所述平面探测器的接收面位于所述放大透镜组件的像平面。
7.根据权利要求1所述的出射模场测量方法，其特征在于：
至少两个所述光波导包括一个辅助波导和一个或一个以上的待测波导，所述辅助波导的出射端和所述待测波导的出射端位于同一侧上并呈预设间距相间隔。
8.根据权利要求1至7任一项所述的出射模场测量方法，其特征在于：
所述平面探测器在获得所述成像光斑时，所述出射端所在的平面位于所述放大透镜组件的物平面，所述平面探测器的接收面位于所述放大透镜组件的像平面。
9.根据权利要求1至7任一项所述的出射模场测量方法，其特征在于：
所述平面探测器在获得所述成像光斑时，可先后分别获取两个所述成像光斑，或同时获取两个所述成像光斑。
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