专利名称：激光波长的平面波导检测方法
技术领域：
本发明涉及的是一种精密测量技术领域的检测方法，特别是一种激光波长的平面波导检测方法。
背景技术：
激光的波长检测，对于密集波分复用系统中的波长分辨、激光器输出波长的漂移抑制，都有着重要的影响。目前，常用的波长检测主要基于波导阵列光栅、法布里-珀罗标准具等技术。
经对现有技术的文献检索发现，Mitsuhiro Teshima等人在《Journal ofLightwave Technology》Vol.14(10)pp2277-2285上发表“Performance ofMultiwavelength Simultaneous Monitoring Circuit EmployingArray-Waveguide Grating”(采用波导阵列光栅的多波长实时监测光路的性能，光波技术学报，Vol.14(10)pp2277-2285)一文，利用一个稳定的半导体激光器输出的光作为参考光，把波导阵列光栅集成到多波长实时检测光路中，测量的精度达到8.8pm。检索中还发现，Jongedeog Kim等人在《IEEE PhotonicsTechnology Letters》Vol.16(11)pp2430-2432上发表“Thermally ControlledWavelength Locker Integrated in Widely Tunable SGDBR-LD Module”(集成在大范围可调SGDBR-LD模块中的温控波长锁定器，光子技术快报，Vol.16(11)pp2430-2432)一文，介绍了一种温控法布里-珀罗标准具的波长监测和波长锁定方法。该方法采用了一个热电冷却装置，把波长监控的精度提高到4pm。基于波导阵列光栅、法布里-珀罗标准具的波长检测装置易于集成到激光器中，但是这两种技术仍然存在着缺陷(1)精度不高，法布里-帕罗标准具的精度是相对较高的，但一般也只能达到pm的量级；(2)基于法布里-珀罗标准具的装置常常需要复杂的温控装置，增加了制造成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种激光波长的平面波导检测方法，即基于泄漏型双面金属包覆波导的激光波长检测方法，利用其反射率对激光波长的敏感特性，来检测激光波长的变化，精确地确定待测激光的波长。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的方法为将激光入射到棱镜上，并到达棱镜的底面，当满足耦合条件时，光进入由棱镜、沉积在棱镜上的金属膜、空气隙、沉积在光学玻璃上的金属薄膜构成的泄漏型双面金属包覆波导中，耦合效率对光波长的变化极为敏感，从棱镜底面反射的光强度对波长的变化也极为敏感。通过检测反射光强度的变化量，来检测激光器输出波长的变化。
以下对本发明方法作进一步的限制，方法步骤如下第一步选用材料及参数，形成棱镜、沉积在棱镜上的金属膜、空气层、沉积在光学玻璃上的金属膜构成的双面金属包覆波导结构。在抛光后的棱镜和光学玻璃上溅射镀金属膜，金属膜材料通常用金或银。棱镜底面上的金属膜厚度要求非常严格，通常为30nm~50nm；光学玻璃上的金属膜厚度通常在100nm以上。将两层金属膜面对面平行放置，中间留一个厚度为0.1mm~1mm的空气隙。在空气隙的两侧用等厚度的垫片把玻璃和棱镜粘结起来，以保持空气隙厚度的恒定。
第二步将双面金属包覆波导结构固定在光学旋转平台的上转盘，并使得棱镜的底面经过旋转平台的中心轴，将光电探测器固定在旋转平台的下转盘上，使激光束、棱镜底面的法线都和旋转平台平行，并且使波导反射的光能正好垂直入射到光电探测器的中心位置。
第三步确定激光的偏振模式及其在光波导上的入射角度。使光先后通过偏振片和光孔，让透射光变成TE偏振或者TM偏振的线偏振光，并使得光束的光斑较小。选择一定的入射角，使激光入射到棱镜上，入射角选择在3°～10°之间某一吸收峰的上升沿或下降沿的中心位置，通常选择下降沿的中心位置。
第四步当入射激光的波长发生改变时，测量从波导反射的激光的光强。
第五步根据衰减全反射曲线实时反向推算，得到波长的变化量。
与现有技术相比，本发明可以广泛地应用于密集波分复用系统中的波长分辨、激光器输出波长的漂移抑制。本发明可以实现分辨率为10-2pm量级的快速实时检测，并且检测方法也十分简单。
具体实施例方式
以下结合本发明的内容提供实施例
实施例1第一步制作双面金属包覆波导。棱镜的折射率为1.80，光学玻璃的折射率为1.50，沉积在棱镜上的金膜厚度为40.0nm，沉积在光学玻璃上的金膜厚度为400.0nm，空气隙的厚度为1.00mm。对于780.0nm的光而言，金膜的介电系数为-14.4+1.22i。
第二步将双面金属包覆波导结构固定在光学旋转平台的上转盘，并使得棱镜的底面经过旋转平台的中心轴，将光电探测器固定在旋转平台的下转盘上，使激光束、棱镜底面的法线都和旋转平台平行，并且使波导反射的光能正好垂直入射到光电探测器的中心。
第三步使激光通过偏振片，成为偏振模式为TM的线偏振光。激光的入射角选为4.00°，初始入射波长选为780.29725nm。此时，能够激发导模的共振吸收峰，并且该波长处于吸收峰下降沿的线性区。
第四步当入射激光的波长发生改变时，测量从波导反射的激光的光强。
第五步根据衰减全反射曲线反向推算，得到波长的变化量。
根据计算表明，在以上测量条件下，对波长检测的分辨率可以达到0.02pm(反射率的变化约为0.2％)，当激光的波长发生改变时，反射率的变化如下表表示
实施例2第一步制作双面金属包覆波导。棱镜的折射率为1.80，光学玻璃的折射率为1.50，沉积在棱镜上的金膜厚度为48.0nm，沉积在光学玻璃上的金膜厚度为300.0nm，空气隙的厚度为0.80mm。对于650.0nm的光而言，金膜的介电系数为-10.2+0.8i。
第二步将双面金属包覆波导结构固定在光学旋转平台的上转盘，并使得棱镜的底面经过旋转平台的中心轴，将光电探测器固定在旋转平台的下转盘上，使激光束、棱镜底面的法线都和旋转平台平行，并且使波导反射的光能正好垂直入射到光电探测器的中心。
第三步使激光通过偏振片，成为偏振模式为TM的线偏振光。激光的入射角选为5.00°，初始入射波长选为650.33330nm。此时，能够激发导模的共振吸收峰，并且该波长处于吸收峰下降沿的线性区。
第四步当入射激光的波长发生改变时，测量从波导反射的激光的光强。
第五步根据衰减全反射曲线反向推算，得到波长的变化量。
根据计算表明，在以上测量条件下，对波长检测的分辨率可以达到0.02pm(反射率的变化约为0.3％)，当激光的波长发生改变时，反射率的变化如下表表示
实施例3第一步制作双面金属包覆波导。棱镜的折射率为1.80，光学玻璃的折射率为1.50，沉积在棱镜上的金膜厚度为35.0nm，沉积在光学玻璃上的金膜厚度为300.0nm，空气隙的厚度为0.50mm。对于860.0nm的光而言，金膜的介电系数为-20.0+1.50i。
第二步将双面金属包覆波导结构固定在光学旋转平台的上转盘，并使得棱镜的底面经过旋转平台的中心轴，将光电探测器固定在旋转平台的下转盘上，使激光束、棱镜底面的法线都和旋转平台平行，并且使波导反射的光能正好垂直入射到光电探测器的中心。
第三步使激光通过偏振片，成为偏振模式为TM的线偏振光。激光的入射角选为6.00°，初始入射波长选为860.14480nm。此时，能够激发导模的共振吸收峰，并且该波长处于吸收峰上升沿的线性区。
第四步当入射激光的波长发生改变时，测量从波导反射的激光的光强。
第五步根据衰减全反射曲线反向推算，得到波长的变化量。
根据计算表明，在以上测量条件下，对波长检测的分辨率可以达到0.07pm(反射率的变化约为0.2％)，当激光的波长发生改变时，反射率的变化如下表表示
权利要求
1.一种激光波长的平面波导检测方法，其特征在于，将激光入射到棱镜上，当满足耦合条件时，光进入由棱镜、沉积在棱镜上的金属膜、空气隙、沉积在光学玻璃上的金属薄膜构成的泄漏型双面金属包覆波导中，耦合效率对光波长的变化极为敏感，从棱镜底面反射的光对波长的变化也极为敏感，通过检测反射光强度的变化量，来检测激光器输出波长的变化。
2.根据权利要求1所述的激光器输出波长的平面波导检测方法，其特征是，包括以下步骤第一步选用材料及参数，形成棱镜、沉积在棱镜上的金属膜、空气层、沉积在光学玻璃上的金属膜构成的泄漏型双面金属包覆波导结构，在抛光后的棱镜和光学玻璃上溅射镀金属膜，将两层金属膜面对面平行放置，中间形成的空气隙作为导波层，在空气隙的两侧用等厚度的垫片把玻璃和棱镜粘结起来，以保持空气隙厚度的恒定；第二步将泄漏型双面金属包覆波导固定在光学旋转平台的上转盘，并使得棱镜的底面经过旋转平台的中心轴，将光电探测器固定在旋转平台的下转盘上，使激光束、棱镜底面的法线都和旋转平台平行，并且使波导反射的光能正好垂直入射到光电探测器的中心；第三步确定激光的偏振模式及其在光波导上的入射角度，使光先后通过偏振片和光孔，让透射光变成TE偏振或者TM偏振的线偏振光，并使得光束的光斑较小，选择入射角，使激光入射到棱镜上，入射角选择在某一吸收峰的上升沿或下降沿的中心位置；第四步当入射激光的波长发生改变时，测量从波导反射的激光的光强；第五步根据衰减全反射曲线实时反向推算，得到波长的变化量。
3.根据权利要求2所述的激光器输出波长的平面波导检测方法，其特征是，棱镜上的金属膜厚度为30nm～50nm，光学玻璃片上的金属膜厚度大于100nm，空气隙的厚度为0.1mm～1mm。
4.根据权利要求2或3所述的激光器输出波长的平面波导检测方法，其特征是，所述金属膜材料为金或者银。
5.根据权利要求2所述的激光器输出波长的平面波导检测方法，其特征是，激光在光波导上的入射角度选择在3°～10°之间的吸收峰的上升沿或下降沿的中心位置。
全文摘要
一种激光波长的光波导测量方法，属于精密测量技术领域。本发明将激光入射到棱镜上，并到达棱镜的底面，当满足耦合条件时，光进入由棱镜、沉积在棱镜上的金属膜、空气隙、沉积在光学玻璃上的金属薄膜构成的泄漏型双面金属包覆波导中，耦合效率对光波长的变化极为敏感，从棱镜底面反射的光强度对波长的变化也极为敏感。通过检测反射光强度的变化量，来检测激光器输出波长的变化。与现有技术相比，本发明可以广泛地应用于密集波分复用系统中的波长分辨、激光器输出波长的漂移抑制。本发明可以实现高分辨率、快速的实时检测，并且检测方法也十分简单。
文档编号G01J9/00GK1932458SQ20061011662
公开日2007年3月21日 申请日期2006年9月28日 优先权日2006年9月28日
发明者冯耀军, 曹庄琪, 沈启舜, 陈麟 申请人:上海交通大学