專利名稱：激光波長的平面波導檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種精密測量技術領域的檢測方法，特別是一種激光波長的平面波導檢測方法。
背景技術：
激光的波長檢測，對于密集波分復用系統中的波長分辨、激光器輸出波長的漂移抑制，都有著重要的影響。目前，常用的波長檢測主要基于波導陣列光柵、法布里-珀羅標準具等技術。
經對現有技術的文獻檢索發(fā)現，Mitsuhiro Teshima等人在《Journal ofLightwave Technology》Vol.14(10)pp2277-2285上發(fā)表“Performance ofMultiwavelength Simultaneous Monitoring Circuit EmployingArray-Waveguide Grating”(采用波導陣列光柵的多波長實時監(jiān)測光路的性能，光波技術學報，Vol.14(10)pp2277-2285)一文，利用一個穩(wěn)定的半導體激光器輸出的光作為參考光，把波導陣列光柵集成到多波長實時檢測光路中，測量的精度達到8.8pm。檢索中還發(fā)現，Jongedeog Kim等人在《IEEE PhotonicsTechnology Letters》Vol.16(11)pp2430-2432上發(fā)表“Thermally ControlledWavelength Locker Integrated in Widely Tunable SGDBR-LD Module”(集成在大范圍可調SGDBR-LD模塊中的溫控波長鎖定器，光子技術快報，Vol.16(11)pp2430-2432)一文，介紹了一種溫控法布里-珀羅標準具的波長監(jiān)測和波長鎖定方法。該方法采用了一個熱電冷卻裝置，把波長監(jiān)控的精度提高到4pm。基于波導陣列光柵、法布里-珀羅標準具的波長檢測裝置易于集成到激光器中，但是這兩種技術仍然存在著缺陷(1)精度不高，法布里-帕羅標準具的精度是相對較高的，但一般也只能達到pm的量級；(2)基于法布里-珀羅標準具的裝置常常需要復雜的溫控裝置，增加了制造成本。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種激光波長的平面波導檢測方法，即基于泄漏型雙面金屬包覆波導的激光波長檢測方法，利用其反射率對激光波長的敏感特性，來檢測激光波長的變化，精確地確定待測激光的波長。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現的，本發(fā)明的方法為將激光入射到棱鏡上，并到達棱鏡的底面，當滿足耦合條件時，光進入由棱鏡、沉積在棱鏡上的金屬膜、空氣隙、沉積在光學玻璃上的金屬薄膜構成的泄漏型雙面金屬包覆波導中，耦合效率對光波長的變化極為敏感，從棱鏡底面反射的光強度對波長的變化也極為敏感。通過檢測反射光強度的變化量，來檢測激光器輸出波長的變化。
以下對本發(fā)明方法作進一步的限制，方法步驟如下第一步選用材料及參數，形成棱鏡、沉積在棱鏡上的金屬膜、空氣層、沉積在光學玻璃上的金屬膜構成的雙面金屬包覆波導結構。在拋光后的棱鏡和光學玻璃上濺射鍍金屬膜，金屬膜材料通常用金或銀。棱鏡底面上的金屬膜厚度要求非常嚴格，通常為30nm~50nm；光學玻璃上的金屬膜厚度通常在100nm以上。將兩層金屬膜面對面平行放置，中間留一個厚度為0.1mm~1mm的空氣隙。在空氣隙的兩側用等厚度的墊片把玻璃和棱鏡粘結起來，以保持空氣隙厚度的恒定。
第二步將雙面金屬包覆波導結構固定在光學旋轉平臺的上轉盤，并使得棱鏡的底面經過旋轉平臺的中心軸，將光電探測器固定在旋轉平臺的下轉盤上，使激光束、棱鏡底面的法線都和旋轉平臺平行，并且使波導反射的光能正好垂直入射到光電探測器的中心位置。
第三步確定激光的偏振模式及其在光波導上的入射角度。使光先后通過偏振片和光孔，讓透射光變成TE偏振或者TM偏振的線偏振光，并使得光束的光斑較小。選擇一定的入射角，使激光入射到棱鏡上，入射角選擇在3°～10°之間某一吸收峰的上升沿或下降沿的中心位置，通常選擇下降沿的中心位置。
第四步當入射激光的波長發(fā)生改變時，測量從波導反射的激光的光強。
第五步根據衰減全反射曲線實時反向推算，得到波長的變化量。
與現有技術相比，本發(fā)明可以廣泛地應用于密集波分復用系統中的波長分辨、激光器輸出波長的漂移抑制。本發(fā)明可以實現分辨率為10-2pm量級的快速實時檢測，并且檢測方法也十分簡單。
具體實施例方式
以下結合本發(fā)明的內容提供實施例
實施例1第一步制作雙面金屬包覆波導。棱鏡的折射率為1.80，光學玻璃的折射率為1.50，沉積在棱鏡上的金膜厚度為40.0nm，沉積在光學玻璃上的金膜厚度為400.0nm，空氣隙的厚度為1.00mm。對于780.0nm的光而言，金膜的介電系數為-14.4+1.22i。
第二步將雙面金屬包覆波導結構固定在光學旋轉平臺的上轉盤，并使得棱鏡的底面經過旋轉平臺的中心軸，將光電探測器固定在旋轉平臺的下轉盤上，使激光束、棱鏡底面的法線都和旋轉平臺平行，并且使波導反射的光能正好垂直入射到光電探測器的中心。
第三步使激光通過偏振片，成為偏振模式為TM的線偏振光。激光的入射角選為4.00°，初始入射波長選為780.29725nm。此時，能夠激發(fā)導模的共振吸收峰，并且該波長處于吸收峰下降沿的線性區(qū)。
第四步當入射激光的波長發(fā)生改變時，測量從波導反射的激光的光強。
第五步根據衰減全反射曲線反向推算，得到波長的變化量。
根據計算表明，在以上測量條件下，對波長檢測的分辨率可以達到0.02pm(反射率的變化約為0.2％)，當激光的波長發(fā)生改變時，反射率的變化如下表表示

實施例2第一步制作雙面金屬包覆波導。棱鏡的折射率為1.80，光學玻璃的折射率為1.50，沉積在棱鏡上的金膜厚度為48.0nm，沉積在光學玻璃上的金膜厚度為300.0nm，空氣隙的厚度為0.80mm。對于650.0nm的光而言，金膜的介電系數為-10.2+0.8i。
第二步將雙面金屬包覆波導結構固定在光學旋轉平臺的上轉盤，并使得棱鏡的底面經過旋轉平臺的中心軸，將光電探測器固定在旋轉平臺的下轉盤上，使激光束、棱鏡底面的法線都和旋轉平臺平行，并且使波導反射的光能正好垂直入射到光電探測器的中心。
第三步使激光通過偏振片，成為偏振模式為TM的線偏振光。激光的入射角選為5.00°，初始入射波長選為650.33330nm。此時，能夠激發(fā)導模的共振吸收峰，并且該波長處于吸收峰下降沿的線性區(qū)。
第四步當入射激光的波長發(fā)生改變時，測量從波導反射的激光的光強。
第五步根據衰減全反射曲線反向推算，得到波長的變化量。
根據計算表明，在以上測量條件下，對波長檢測的分辨率可以達到0.02pm(反射率的變化約為0.3％)，當激光的波長發(fā)生改變時，反射率的變化如下表表示

實施例3第一步制作雙面金屬包覆波導。棱鏡的折射率為1.80，光學玻璃的折射率為1.50，沉積在棱鏡上的金膜厚度為35.0nm，沉積在光學玻璃上的金膜厚度為300.0nm，空氣隙的厚度為0.50mm。對于860.0nm的光而言，金膜的介電系數為-20.0+1.50i。
第二步將雙面金屬包覆波導結構固定在光學旋轉平臺的上轉盤，并使得棱鏡的底面經過旋轉平臺的中心軸，將光電探測器固定在旋轉平臺的下轉盤上，使激光束、棱鏡底面的法線都和旋轉平臺平行，并且使波導反射的光能正好垂直入射到光電探測器的中心。
第三步使激光通過偏振片，成為偏振模式為TM的線偏振光。激光的入射角選為6.00°，初始入射波長選為860.14480nm。此時，能夠激發(fā)導模的共振吸收峰，并且該波長處于吸收峰上升沿的線性區(qū)。
第四步當入射激光的波長發(fā)生改變時，測量從波導反射的激光的光強。
第五步根據衰減全反射曲線反向推算，得到波長的變化量。
根據計算表明，在以上測量條件下，對波長檢測的分辨率可以達到0.07pm(反射率的變化約為0.2％)，當激光的波長發(fā)生改變時，反射率的變化如下表表示

權利要求
1.一種激光波長的平面波導檢測方法，其特征在于，將激光入射到棱鏡上，當滿足耦合條件時，光進入由棱鏡、沉積在棱鏡上的金屬膜、空氣隙、沉積在光學玻璃上的金屬薄膜構成的泄漏型雙面金屬包覆波導中，耦合效率對光波長的變化極為敏感，從棱鏡底面反射的光對波長的變化也極為敏感，通過檢測反射光強度的變化量，來檢測激光器輸出波長的變化。
2.根據權利要求1所述的激光器輸出波長的平面波導檢測方法，其特征是，包括以下步驟第一步選用材料及參數，形成棱鏡、沉積在棱鏡上的金屬膜、空氣層、沉積在光學玻璃上的金屬膜構成的泄漏型雙面金屬包覆波導結構，在拋光后的棱鏡和光學玻璃上濺射鍍金屬膜，將兩層金屬膜面對面平行放置，中間形成的空氣隙作為導波層，在空氣隙的兩側用等厚度的墊片把玻璃和棱鏡粘結起來，以保持空氣隙厚度的恒定；第二步將泄漏型雙面金屬包覆波導固定在光學旋轉平臺的上轉盤，并使得棱鏡的底面經過旋轉平臺的中心軸，將光電探測器固定在旋轉平臺的下轉盤上，使激光束、棱鏡底面的法線都和旋轉平臺平行，并且使波導反射的光能正好垂直入射到光電探測器的中心；第三步確定激光的偏振模式及其在光波導上的入射角度，使光先后通過偏振片和光孔，讓透射光變成TE偏振或者TM偏振的線偏振光，并使得光束的光斑較小，選擇入射角，使激光入射到棱鏡上，入射角選擇在某一吸收峰的上升沿或下降沿的中心位置；第四步當入射激光的波長發(fā)生改變時，測量從波導反射的激光的光強；第五步根據衰減全反射曲線實時反向推算，得到波長的變化量。
3.根據權利要求2所述的激光器輸出波長的平面波導檢測方法，其特征是，棱鏡上的金屬膜厚度為30nm～50nm，光學玻璃片上的金屬膜厚度大于100nm，空氣隙的厚度為0.1mm～1mm。
4.根據權利要求2或3所述的激光器輸出波長的平面波導檢測方法，其特征是，所述金屬膜材料為金或者銀。
5.根據權利要求2所述的激光器輸出波長的平面波導檢測方法，其特征是，激光在光波導上的入射角度選擇在3°～10°之間的吸收峰的上升沿或下降沿的中心位置。
全文摘要
一種激光波長的光波導測量方法，屬于精密測量技術領域。本發(fā)明將激光入射到棱鏡上，并到達棱鏡的底面，當滿足耦合條件時，光進入由棱鏡、沉積在棱鏡上的金屬膜、空氣隙、沉積在光學玻璃上的金屬薄膜構成的泄漏型雙面金屬包覆波導中，耦合效率對光波長的變化極為敏感，從棱鏡底面反射的光強度對波長的變化也極為敏感。通過檢測反射光強度的變化量，來檢測激光器輸出波長的變化。與現有技術相比，本發(fā)明可以廣泛地應用于密集波分復用系統中的波長分辨、激光器輸出波長的漂移抑制。本發(fā)明可以實現高分辨率、快速的實時檢測，并且檢測方法也十分簡單。
文檔編號G01J9/00GK1932458SQ20061011662
公開日2007年3月21日 申請日期2006年9月28日 優(yōu)先權日2006年9月28日
發(fā)明者馮耀軍, 曹莊琪, 沈啟舜, 陳麟 申請人:上海交通大學