[发明专利]一种光波导群折射率测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种光波导群折射率测量方法及装置，方法包括：输出光载波至光单边带调制器，矢量网络分析仪端口一输出的射频信号加载到调制器对光波进行调制；调制后的光信号耦合到第一条光波导中，通过光波导芯片后耦合输出到光电探测器中，探测后的信号输入到矢量网络分析仪的端口二，利用该回路进行矢量网络分析仪的直通校准；将调制后的光信号耦合到第二条不同长度的光波导中，光波导传输后，通过光波导芯片后耦合输出到光电探测器中，探测后的信号输入到矢量网络分析仪的端口二，从矢量网络分析仪中测试得到此时的响应S₂₁；计算光波导的群折射率。本发明可同时满足端面耦合波导与垂直光栅耦合光波导的群折射率测量，计算简便、准确。

技术领域

本发明属于集成光子器件测量技术领域，特别是一种光波导群折射率测量方法及装置。

背景技术

在集成光子器件中，光波导是构造光子集成器件与芯片的最基本结构，是进一步构成其他无源、有源光子、光电子器件，例如光延时线、分束/合束器、阵列波导光栅、马赫曾德尔干涉仪、微环谐振器、调制器、光开关等的基本构成单元。光波导的基本功能是实现光波的低损耗、低畸变传输，其波导折射率是最重要的指标之一，决定了集成光子器件的关键几何尺寸。

在光波导器件中主要关注有效折射率和群折射率。有效折射率又称为波导模式的有效折射率，其主要决定了光波导中传输光波的模式以及需要的几何尺寸结构。群折射率定义为真空中光速与介质中群速度的比值，因此其表征了光波在光波导中的群速度，其与群延时相对应，是设计与制备光延时线最重要的参数之一。

传统的群折射率测量方法主要有光脉冲延时测量法、马赫增德尔干涉光谱响应测量法以及微环谐振谱测量法，三种方法各有利弊。光脉冲法需要脉冲光源和延时测量仪，其精度受光波导长度和光脉冲的中心波长以及重复频率限制，精度有限；马赫增德尔干涉法需要制备一个马赫增德尔干涉结构，且对光谱响应的测量精度要求极高；微环谐振法需要制备一个全通型微环谐振器，且同样需要高精度的光谱测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光波导群折射率测量方法及装置，解决传统波导群折射率测量方法精度低以及普适性差的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种光波导群折射率测量方法，包括如下步骤：

1)连续波激光器输出光载波信号至光单边带调制器，矢量网络分析仪端口一输出的射频信号加载到光单边带调制器对光波进行调制；

2)调制后的光信号耦合到第一条光波导中，光波导传输后，通过光波导芯片后耦合输出到光电探测器中，探测后的信号输入到矢量网络分析仪的端口二，利用该回路进行矢量网络分析仪的直通校准；

3)校准后改为测试第二条光波导，所述第二条光波导与第一条光波导长度不同；将调制后的光信号耦合到第二条光波导中，光波导传输后，通过光波导芯片后耦合输出到光电探测器中，探测后的信号输入到矢量网络分析仪的端口二，从矢量网络分析仪中测试得到此时的响应S₂₁，包括幅度响应和相位响应；

4)计算该相位响应曲线的斜率，即单位频率的相移量记为α，利用光波导群折射率与该相移量的关系公式计算光波导的群折射率，其中L为两条光波导的长度差，c为真空中的光速。

本发明还提供一种光波导群折射率测量装置，包括连续波激光器、光单边带调制器、光波导芯片、光电探测器和矢量网络分析仪，所述光波导芯片含有两条不同长度的光波导；

光信号通过光单边带调制器调制后，由耦合输入光纤与耦合输入口进行耦合，光信号经过光波导传输后由耦合输出口输出到耦合输出光纤中，并接入光电探测器进行光电转换，探测后的信号输入到矢量网络分析仪的二端口中，得到光波导的响应。