CN2752744Y - 平面光波导损耗测量仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的平面光波导损耗测量仪属于光学测量仪器领域。结构包括：激光器1、偏振片2、测角转盘3、对称棱镜4、直角棱镜5、对称棱镜夹具7、直角棱镜夹具17、反射光光电转换器8、透射光光电转换器18、信号放大和A/D转换器9、计算机10。对称棱镜4安装在对称棱镜夹具7内固定在测角转盘3上，对称棱镜4底边中点与测角转盘3轴心重合；直角棱镜5安装在直角棱镜夹具17内放置在测角转盘3上。损耗是表征集成光学器件最重要参量之一，损耗的测量对评估和优化波导器件制作提供有用的信息。本实用新型整个测量系统原理简单，操作方便，精度达到±0.02dB/cm，可广泛应用于集成光学领域。
Description
技术领域
本实用新型属于光学测量仪器领域，具体涉及一种测量平面光波导损耗的装置。
背景技术
损耗是表征集成光学器件最重要参量之一，损耗的测量可以对评估和优化波导制作提供非常有用的信息。目前已存在一些损耗测量方法，如分段端射耦合法、F-P腔法，它们虽然测量精度很高，但是存在着或者具有破坏性或者要求条件苛刻并且需要端面很好的抛光等不足。棱镜耦合器用于平面光波导的损耗测量可以避免这些问题。
与本实用新型相近的现有技术是Boudrioua等人发表在OpticsCommunications 137(1997)37-40上的文章，题目是“New approach for lossmeasurements in opticl planar waveguides”。公开的装置如图1所示。其结构包括激光光源1、直角棱镜5、反射光探测器8、透射光探测器18等，还应该有测角转盘、信号放大和A/D转换器和计算机等部分。利用单个滑动的入射耦合直角棱镜5，通过调节不同位置处光的耦合点及耦合间隙大小，使两位置处耦合进波导的光功率相同，然后利用测得的两位置的透射功率及滑动距离可求出波导的损耗系数。这种方法通过监测直角棱镜反射光两位置处的耦合，由于直角棱镜的滑动，考虑到测角转盘的转动，调节耦合点时还需要调整激光器的位置，操作起来很不方便，并且波导出射端面需要很好的抛光。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种不需要抛光波导出射端面、操作方便的平面光波导损耗测量仪器。
本实用新型的结构各部分包括：激光器、偏振片、测角转盘、直角棱镜、反射光光电转换器、透射光光电转换器、信号放大和A/D转换器、计算机；结构还有对称棱镜、对称棱镜夹具和直角棱镜夹具。对称棱镜安装在对称棱镜夹具内固定在测角转盘上，对称棱镜底边中点与测角转盘轴心重合；直角棱镜安装在直角棱镜夹具内放置在测角转盘上。各部件的位置关系按光路顺序为激光器、偏振片、对称棱镜；一部分光经对称棱镜反射后，传送到反射光光电转换器；另一部分光经对称棱镜耦合到待测波导样品再耦合到直角棱镜，传送到透射光光电转换器；反射光光电转换器和透射光光电转换器将光信号转变为电信号输送给信号放大和A/D转换器和计算机。
所说的对称棱镜夹具和直角棱镜夹具是一端带有螺杆的纵截面为凵型的装置。使用时对称棱镜底面中心对着螺杆的顶端，直角棱镜靠近直角顶点的位置对着螺杆的顶端，在棱镜底面与螺杆顶端之间夹着待测波导样品，随着螺杆的旋进，会使棱镜和待测波导样品的耦合间隙变小。
仪器工作时，调整光路，确保激光束通过偏振器投射到棱镜底的中点，做到耦合光斑位于对称棱镜底压力点处且在同步角(波导中出现传输条纹时测角转盘的角度)范围内随测角转盘的转动基本保持不动。调节棱镜夹具的螺钉使对称棱镜和光波导的耦合间隙达到高的耦合效率。转动测角转盘，通过两光电转换器分别记录该位置对称棱镜反射光功率和直角棱镜透射光功率；松开对称棱镜夹具的螺钉，沿对称棱镜底面滑动波导样品，此时固定在波导样品上的直角棱镜随波导样品一起滑动，再调节松开的螺钉并与记录的反射光功率比较直至二者相同为止，并记录此时的直角棱镜透射光功率，结合两组透射光功率以及滑动距离，即能计算出每个激励模式的损耗系数。测量量和计算方法与背景技术相同。
本实用新型采用一个对称棱镜和一个直角棱镜，测量过程中对称棱镜位置不变，直角棱镜固定在波导样品上且随波导样品一起滑动，只需调节对称棱镜夹具上的螺钉以控制耦合间隙即可实现光波导损耗的测量。整个测量系统原理简单，操作方便，精度可达到±0.02dB/cm，可广泛应用于集成光学领域。
附图说明
图1是背景技术的装置结构示意图。
图2是本实用新型的平面光波导损耗测量仪结构示意图。
图3是本实用新型的一种棱镜夹具立体效果图。
图4是Z1和Z2处对称棱镜反射光功率与入射角的关系曲线。
图5是Z1和Z2处直角棱镜透射光功率与入射角的关系曲线。
具体实施方式
实施例1 结合附图说明本实用新型的结构
本实用新型的装置如图2所示。各部分包括：1为激光器，可以是氦氖激光器，也可以是半导体激光器，要求激光器输出功率稳定；2为偏振片，用以确定激光的偏振方向，选择TE或TM模测量；3为测角转盘，测角转盘可以是手动测角，也可以步进电机驱动通过计算机记录转角大小；4为对称棱镜，5为直角棱镜，两棱镜选用高折射率材料；6为待测波导样品；7为对称棱镜夹具，17为直角棱镜夹具，两棱镜夹具用于调节棱镜与波导的间隙和确定波导与棱镜在测角转盘上的位置；对称棱镜4安装在对称棱镜夹具7内固定在测角转盘3上，对称棱镜4的底边中点与测角转盘3的轴心重合；直角棱镜5安装在直角棱镜夹具17内放置在测角转盘3上。直角棱镜5能随待测波导样品6的轴向平动而改变相对于对称棱镜4的位置，能随测角转盘3的转动而同步转动。8为反射光光电转换器，18为透射光光电转换器，分别用以接收对称棱镜4的反射光和直角棱镜5的透射光，并将光信号转换成电信号；9为信号放大和A/D转换器；10为计算机。
为方便接收对称棱镜4的反射光，即，在直角棱镜5与对称棱镜4位置较近时，直角棱镜5挡不着对称棱镜4的反射光，对称棱镜4的底角应大于60度且小于90度。
实施例2 结合附图说明对称棱镜夹具和直角棱镜夹具的结构
对称棱镜夹具7和直角棱镜夹具17的结构是相同的，是一端带有螺杆的纵截面为凵型的装置。如图3所示，11为夹具框，其纵截面为凵型，一端圆孔13内带有螺纹；12为螺杆，通过带有螺纹的圆孔13能旋进旋出。对称棱镜夹具7和直角棱镜夹具17分别用于固定对称棱镜4和直角棱镜5，还用于调节棱镜和待测波导样品的耦合间隙。
实施例3 对一种波导损耗的测量实例
待测波导样品为Ag/Na离子交换玻璃波导。波导制备的条件如下：基底为BK7玻璃，熔盐质量配比为AgNO3∶NaNO3＝1∶9，在340℃条件下进行离子交换4小时。在激光TM偏振态激励时存在四个模式，测试过程中波导样品滑动0.5cm，滑动前后两位置Z1和Z2处入射对称棱镜反射光功率和出射直角棱镜透射光功率与入射角(入射光与对称棱镜侧面法线的夹角)的关系曲线分别示于图4和图5。图4和图5中横坐标均指入射角，纵坐标分别是对称棱镜反射光功率和直角棱镜透射光功率。由于最高阶模受外界影响较大，我们只考虑前三阶模，结合两组透射光功率以及滑动距离它们的损耗系数分别为0.60、0.74和0.97dB/cm，测量精度为±0.02dB/cm。
Claims (3)
1、一种平面光波导损耗测量仪，结构各部分包括：激光器(1)、偏振片(2)、测角转盘(3)、直角棱镜(5)、反射光光电转换器(8)、透射光光电转换器(18)、信号放大和A/D转换器(9)、计算机(10)；反射光光电转换器(8)和透射光光电转换器(18)将光信号转变为电信号输送给信号放大和A/D转换器(9)和计算机(10)；其特征在于，结构还有对称棱镜(4)、对称棱镜夹具(7)和直角棱镜夹具(17)；对称棱镜(4)安装在对称棱镜夹具(7)内固定在测角转盘(3)上，对称棱镜(4)底边中点与测角转盘(3)轴心重合；直角棱镜(5)安装在直角棱镜夹具(17)内放置在测角转盘(3)上；各部件的位置关系按光路顺序为激光器(1)、偏振片(2)、对称棱镜(4)，一部分光经对称棱镜(4)反射后，传送到反射光光电转换器(8)；另一部分光经对称棱镜(4)耦合到待测波导样品(6)再耦合到直角棱镜(5)，传送到透射光光电转换器(18)。
2、按照权利要求1所述的平面光波导损耗测量仪，其特征在于，所说的对称棱镜夹具(7)和直角棱镜夹具(17)是一端带有螺杆的纵截面为
型的装置。
3、按照权利要求1或2所述的平面光波导损耗测量仪，其特征在于，所说的对称棱镜(4)的底角大于60度且小于90度。
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2004
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