[发明专利]一种多功能铌酸锂集成器件的光学性能测量方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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（CN 201310185490.2），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dBm Optics公司研制Model4810型偏振消光比测量仪也仅有72dB，除此以外，美国General Photonics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Fibersense Technology Corporation公司的Alfred Healy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（CN 200410003424.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（CN 200710064176.3），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。

本发明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。

发明内容

本发明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。