高性能光波导响应谱测量方法研究

作     者：刘红燕 

作者单位：重庆理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曾祥楷;罗洪

授予年度：2021年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 0702[理学-物理学] 

主      题：光波导器件 响应谱 高性能 低相干干涉法 傅里叶变换 

摘      要：光波导器件广泛应用于传感、光电集成、通信、医学诊断等领域。光波导器件的响应谱包括幅值谱和相位谱,可用于分析、设计和重构光波导器件。幅值谱可利用现有的光谱分析仪进行测量,而相位对光波导器件的结构变化和噪声干扰极其敏感,相位谱的测量相对比较困难,很少有对应成熟的分析仪器。目前,相位谱可利用射频调制法、相干干涉法、脉冲扫描法等方法进行测量,但存在测量时间长、操作复杂、成本高、精度低等问题。本课题组以前提出了低相干波导全息谱的测量方法以解决上述问题,但该方法测量误差大、波长分辨率低、不具有测量对象普遍性的缺点。为此,本课题开展了基于低相干干涉理论的高精度、多类型光波导响应谱测量方法的研究,即高性能光波导响应谱测量方法的研究。本论文主要内容包括:首先,阐述了傅里叶变换光谱学的基本原理,分析低相干光波导全息谱获取方法的不足,提出高性能光波导响应谱测量方法并阐述其原理,介绍响应谱性能提高的方法。然后,分析并建立了由光路系统、运动控制系统、光电接收与数据采集系统构成的实验系统。利用Lab VIEW驱动的运动控制系统使光路系统中参考臂与接入光波导器件参考臂的光程进行匹配以产生干涉光信号,该干涉信号经过光电平衡探测器后得到滤除直流分量的电信号;当运动控制系统工作在平稳的运动状态下,对电信号进行高采样率的等时间间隔采样,再对采样的电信号进行傅里叶变换并计算得到光波导器件的响应谱。最后,验证高性能光波导响应谱测量方法的可行性以及相较于以前的低相干干光波导全息谱测量方法的优越性。利用多光束干涉原理仿真了光纤法布里-珀罗腔的理论响应谱。使用所建立的高性能光波导响应谱测量系统实测了光纤法布里-珀罗腔的响应谱。实测结果与理论结果一致,证明了该方法的可行性。实测结果与课题组以前方法的实测结果相比,减小测量误差,提高了波长分辨率,证明了该方法的优越性。此外,该方法的优越性还体现在对以前方法所不能测量的啁啾光纤光栅、光纤布拉格光栅进行了响应谱的实验测量,并利用传输矩阵法仿真了这两种光栅的理论响应谱,且实测结果与理论理论结果一致,同样证明了该方法的可行性。同时,分析了现方法在测量中存在的误差,为光波导响应谱测量方法的进一步改进与应用提供了参考和实验基础。