[发明专利]一种光学微腔的光频域反射装置及其测量方法

说明书

本发明公开了一种光学微腔的光频域反射装置及其测量方法。装置包括扫频激光器、扫频校正模块、偏振控制与分束模块、光学微腔耦合测量干涉仪、高速采集模块和计算机。扫频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，第一路光进入扫频校正模块并产生第一拍频信号作为外部时钟；第二路光进入测量干涉仪，其中一部分成为参考光，另一部分经过光纤环形器与被测光学微腔生成背反射信号光，背反射信号光与参考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微腔的光学特征信息。本发明提供了新的光学微腔耦合思路，有助于提高耦合质量，能方便地测量光学微腔的品质参数与光谱信息。

技术领域

本发明涉及光学精密测量与光学器件表征技术领域。具体涉及一种光学微腔的光频域反射装置及其测量方法。

背景技术

光学微腔是一种可以把光场以极小的损耗限制在微纳尺寸中的光学谐振腔，它利用折射率有差别的材料界面的反射或散射，将光能量限制在很小的区域内来回震荡，从而增加光子寿命。根据微腔限制光场方式的不同，可分为F-P微腔、回音壁模式微腔和光子晶体微腔，微腔材料有氧化硅和纯硅等。高品质因子的光学微腔在先进光源、光片上调制、非线性光学领域、腔-光力学与腔-量子电动力学领域都有重要的应用。而对于回音壁模式的光学微腔来说，微腔材料的几何规则程度、表面粗糙度和吸收损耗是限制光学微腔品质因子的重要因素。

现有技术中检测回音壁模式光学微腔质量的方法，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。而在实验室领域的回音壁模式光学微腔耦合技术，最常见的方法是使用拉锥细光纤进行倏逝波耦合，也有光学波导耦合以及棱镜耦合等耦合方式，而进行耦合实验时，大多利用透射谱的特征进行临界耦合点耦合位置的判断，不仅实验难度大，调节困难，而且一旦出现过耦合现象时，不容易及时分辨出。

光频域反射计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。目前应用的光频域反射装置的分辨率与系统稳定性还有不足之处，若将其应用到光学微腔的耦合实验中，需要提高光频域反射计的保偏性能与稳定性。使用光频域反射技术作为耦合实验的辅助，通过合理的设计，有助于方便、准确地判断光学微腔的耦合位置。

发明内容

针对以上现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种光学微腔的光频域反射装置及其测量方法。

本发明的装置采用的技术方案如下：

一种光学微腔的光频域反射装置，包括扫频激光器、扫频校正模块、偏振控制与分束模块、光学微腔耦合测量干涉仪、高速采集模块和计算机；所述扫频激光器发出线性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，并将其分为两路，分别进入扫频校正模块和光学微腔耦合测量干涉仪；所述扫频校正模块校正入射激光的频率分布，并使入射的扫频激光发生拍频干涉，产生第一拍频信号；所述光学微腔耦合测量干涉仪用于调节被测光学微腔的耦合位置与相对耦合距离，并使入射的扫频激光与被测光学微腔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，同时接收第二拍频信号；所述计算机对第二拍频信号进行数据处理，得出被测光学微腔的相关特征信息。

进一步地，所述偏振控制与分束模块包括保偏光纤跳线、偏振控制器和第一保偏光纤分束器；所述保偏光纤跳线的一端与扫频激光器连接，另一端与偏振控制器连接；经所述偏振控制器调节后的扫频激光进入所述第一保偏光纤分束器。

进一步地，所述保偏光纤跳线为双轴工作模式，所述偏振控制器为可连续调节的工作方式，所述第一光纤分束器为快轴截止型保偏工作模式。