[发明专利]基于OFDR的硅基波导背反射传感装置及其测量方法

说明书

本发明公开了一种基于OFDR的硅基波导背反射传感装置及其测量方法。装置包括可调谐激光器、触发干涉仪、光纤环形器、偏振控制与分束模块、测量干涉仪、耦合传感模块、高速采集模块和计算机。可调谐激光器发出扫频激光，偏振控制与分束模块控制扫频激光的偏振态并将其分束，第一路光进入触发干涉仪并产生第一拍频信号作为外部时钟；第二路光进入全保偏的测量干涉仪，第三路光经过光纤环形器与耦合传感模块生成背反射信号光，背反射信号光与第二路光干涉产生第二拍频信号，高速采集模块和计算机对第二拍频信号进行解调并得出位置信息。本发明通过快速、方便的非侵入式测量，可以精确测量硅基波导的光束部分长度和光束在硅基波导中的传播质量。

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感和系统检测仪器技术领域。具体涉及一种基于OFDR的硅基波导背反射传感装置及其测量方法。

背景技术

以硅基波导为核心的片上硅基光学器件的发明和应用，革命性地改变了人类的生活。硅基波导的原材料价格低廉，硅作为高折射率材料和通讯波段的窗口材料，可以把光场以极小的损耗限制在微纳尺寸的结构中。但是，检测硅基波导质量的方法，现有技术中较多是通过电子显微术来进行观察，这种方式成本较高，速度很慢，并且不容易诊断波导内部结构的状况。

而光频域反射计(Optical Frequency Domain Reflectometry,OFDR)使用高相干的线性扫频激光器作为光源，将参考光与测量臂的被测器件背向散射光进行拍频干涉，通过拍频干涉图样的接收以及拍频信号的解调，即可得出器件不同位置处的背向反射信息。但如果将OFDR应用于硅基波导的检测，需要解决入射扫频激光与硅基波导的耦合问题，而且入射光束的偏振态性质极大地影响耦合质量，进而会影响OFDR的最终数据结果。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提供了一种基于OFDR的硅基波导背反射传感装置，目的在于能够高速、精确、方便地得到硅基波导的背反射信息。本发明的另一个目的是提供一种利用该传感装置的测量方法。

本发明的装置采用的技术方案如下：

基于OFDR的硅基波导背反射传感装置，包括可调谐扫频激光器、偏振控制与分束模块、触发干涉仪、光纤环形器、测量干涉仪、耦合传感模块、高速采集模块和计算机；所述可调谐扫频激光器发出线性周期变化的扫频激光入射到偏振控制与分束模块，所述偏振控制与分束模块控制扫频激光的偏振态，并将其分为三路，分别进入触发干涉仪、光纤环形器和测量干涉仪；所述触发干涉仪使入射的扫频激光发生拍频干涉，产生第一拍频信号；所述光纤环形器将入射的扫频激光送入耦合传感模块；所述耦合传感模块连接OFDR系统与被测硅基波导，生成背反射信号光后送回至所述光纤环形器；所述测量干涉仪使入射的扫频激光与光纤环形器的背反射信号光发生拍频干涉，产生第二拍频信号；所述高速采集模块接收第一拍频信号使之成为外部时钟信号，同时接受第二拍频信号；所述计算机对第二拍频信号进行数据处理，得出被测量的硅基波导的相关信息。

进一步地，所述偏振控制与分束模块对扫频激光的偏振态调节为可连续调节的工作方式。

进一步地，所述触发干涉仪的内部两条干涉臂长度不相同。

进一步地，所述光纤环形器为偏振保持的工作模式；所述光纤环形器第一端口接收来自于偏振控制与分束模块的扫频激光，第二端口连接耦合传感模块，将扫频激光送入耦合传感模块中，并接收来自于耦合传感模块的背反射信号光，第三端口将来自于第二端口的背反射信号光送入测量干涉仪。

进一步地，所述耦合传感模块包括入射裸光纤、入射夹具位移台、出射裸光纤、出射夹具位移台、光功率计和计算机；所述入射裸光纤的一端与光纤环形器的第二端口连接，另一端通过入射夹具位移台对准被测硅基波导的入射部位；所述出射裸光纤的一端通过出射夹具位移台对准被测硅基波导的出射部位，另一端与光功率计连接；所述光功率计连接计算机。