斜面光纤与光电探测器光学耦合性能研究

发布时间：2020-05-28 21:01

【摘要】：在光电探测器芯片的测试中,一般采用平面光纤垂直耦合的方式将光信号输入。由于光纤与探测器光敏面离面耦合、高频探针对探测器扎针以及显微镜观测均在光电探测器芯片的垂直方向上,四者间的相对位置关系空间重叠程度高,这将会对测试造成一定影响,为满足实验需求而进行的繁琐的位置调整和夹具载物台等的选择工作会耗费大量的测试时间,降低测试效率。利用斜面光纤与探测器水平耦合的方式可以有效避免垂直耦合过程中存在的问题,减少搭建测试实验系统的时间,提高测试效率。本文主要研究斜面光纤与器件的光学耦合情况,主要是与光电探测器芯片的耦合,以具体的测试实验结果验证了仿真结果,并且还利用光纤法珀腔效应研究了空间光路的微距测量方法。1、首先利用Lumerical对斜面光纤出射光场进行仿真,分别模拟了纵向偏移、横向错位以及光纤角度扭转等耦合误差对耦合效率的影响,还研究了宽谱光源、不同切角的斜面光纤等对输出光场的影响。2、设计斜面光纤与探测器耦合实验系统,依据仿真结果,通过实验进行检验。3、搭建光纤微距测量系统,分别利用两平面光纤光纤端面,斜面光纤端面与探测器光敏面等作为光纤法珀腔,采用光谱仪和可调谐激光器进行扫谱,通过频谱分析与计算求出理论腔长值;同时通过侧面高倍显微镜测量出实际腔长值与之相比较。图58幅,表7个,参考文献58篇。
【图文】：

光纤端面,光纤

与此同时，耦合效率以及封装形式与光纤自身端面处理情况有很大关系［２５］。逡逑当把平端光纤的光纤端面处理成一些特殊的形状，如斜面光纤、球面光纤、楔形逡逑光纤、锥形光纤等，也非常有利于光纤与器件耦合，见下图１－１所示。逡逑逦邋小允度，降低反射逡逑斜丨１１丨邋＼大角度？如４０度，光路变句逡逑／逦逦Ｊ邋增加入纤功申邋－逡逑逦逦逦Ｙ增大耦合功牛：逡逑光纤逡逑￣￣球ｉｆｉ丨逦聚热逡逑＼逦逦１邋增加入纤功率逡逑图１－１不同种类光纤端面逡逑１逡逑

光分布,光纤,偏差,器件

由于单模光纤与有源器件或者无源器件耦合时存在横向、纵向和角度偏移所造成逡逑的损耗［３Ｍ８］。模场耦合效率下降的很大一部分原因是由于光纤在空间中出现的对逡逑准偏差损耗引起的［＾］。如下图１－２所示，分别为对准偏差的三种情况。逡逑－－工邋ｌｄ邋｜逦■逦—￣■逡逑￣邋逦邋———逡逑：逡逑Ｕ）侧向偏移（轴线横向偏移）逦（ｂ）纵向偏移（端面分离）逡逑（ｃ）角度偏移逡逑图１－２光纤与器件耦合三种偏差情况逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１邋－２邋Ｔｈｒｅｅ邋ｋｉｎｄｓ邋ｏｆ邋ｄｅｖｉａｔｉｏｎｓ邋ｉｎ邋ｏｐｔｉｃａｌ邋ｆｉｂｅｒ－ｄｅｖｉｃｅ邋ｃｏｕｐｌｉｎｇ逡逑１．３．２模场失配损耗逡逑光能量并不是完全集中在光纤纤芯中传输，会有各种因素影响使得部分光能逡逑量从纤芯中进入包层中继续向前传输。而纤芯直径并不能将光纤中的光能量分布逡逑反映出来，所以为表征光能量在纤芯区域的集中程度而提出模场直径的概念［１＾］。逡逑模场直径就是指在单模光纤中，，基模光分布在纤芯区域的状态［４Ｍ６］。并且随着基逡逑模越靠近纤芯区域的轴心线，光强会逐渐增大，直到基模处于纤芯轴心线处，光逡逑强会达到最大［４３＿４６］。所使用的波长会对单模光纤的模场直径产生一定的影响，具逡逑体表现为当所使用的波长增大时，相对应的模场直径也会变大［＾６］。以武汉楚星逡逑生产的光纤为例，当光纤的中心波段为１３１０？时，模场直径为９．２邋ｎｍ；当光纤逡逑的中心波段为１５５０ｎｍ时
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN15;TN253

【参考文献】