[发明专利]一种测量微纳器件延迟特性的测量装置和测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电测量技术领域，特别是涉及一种测量微纳器件延迟特性的测量装置和测量方法。

背景技术

信号在电子器件、微纳光学器件等器件的传输过程中存在一定的延时，通过实验测量获取器件的准确的延迟时间，对分析器件在电路或光路中的性能来说是至关重要的。对于延迟时间在纳秒或微秒以上的器件来说，可以通过将待测信号和参考信号一同接入双通道示波器，直接测量得到器件的延迟时间。但是，对于微纳光学器件(本发明中简称微纳器件)来说，器件中产生的时间延迟多半来源于器件中光子与结构的共振耦合，此时延迟时间的数量级为皮秒(10^-12s)或飞秒(10^-15s)，因为延迟时间很小，无法采用现有示波器直接进行测试的方法测量出来。而微纳器件主要应用于通信领域或光电领域，获知微纳器件的延迟时间同样至关重要。例如，将微纳器件制作成光缓存器时，微纳器件的延迟时间将影响光缓存器的延迟位数。由于现有技术中没有办法直接测量得到微纳器件如此小数量级的延迟时间，为了分析微纳器件的工作特性，只能借助高速示波器、条纹相机等昂贵、体积庞大的设备，通过间接的方法进行多次实验，从而估算出微纳器件的延迟时间。不仅效率低下，测量成本高，而且准确度低。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种测量微纳器件延迟特性的测量装置，本发明的另一目的是提供一种测量微纳器件延迟特性的测量方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种测量微纳器件延迟特性的测量装置，包括飞秒激光器、波长调谐器、光纤耦合器、第一3dB光纤耦合器、可调光延迟线、外接光纤、第二3dB光纤耦合器、光纤聚焦透镜、分束系统、凸透镜、非线性晶体、小孔光阑、柱透镜、CCD光谱仪、控制终端、待测微纳器件耦合系统以及用于控制非线性晶体进行转动的电动角位移台；

所述外接光纤包括第一外接光纤和第二外接光纤；所述非线性晶体安装在电动角位移台上；

所述飞秒激光器发出的脉冲激光束通过波长调谐器进行脉冲中心波长调节后，经光纤耦合器耦合后通过单模光纤传输到第一3dB光纤耦合器后分为两束激光脉冲，其中一束激光脉冲通过可调光延迟线入射到第二3dB光纤耦合器，另一束激光脉冲依次通过第一外接光纤、待测微纳器件耦合系统及第二外接光纤产生延时后入射到第二3dB光纤耦合器，第二3dB光纤耦合器将两束激光脉冲耦合后得到双脉冲激光，光纤聚焦透镜将双脉冲激光进行扩束、准直后入射到分束系统处，分束系统将准直入射的双脉冲激光分成两束一样的快门脉冲后，通过凸透镜会聚照射到非线性晶体上，非线性晶体产生和频信号光束，和频信号光束通过小孔光阑照射到柱透镜后会聚入射到CCD光谱仪，CCD光谱仪采集和频信号光束的光谱踪迹图像并发送到控制终端；

两束激光脉冲中通过可调光延迟线入射到第二3dB光纤耦合器的激光脉冲所传输的光程与直接通过第一外接光纤和第二外接光纤入射到第二3dB光纤耦合器的激光脉冲所传输的光程相等。

进一步，所述分束系统包括直角棱镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜及第六反射镜；

所述直角棱镜将准直入射的双脉冲激光分成反向传播的两束双脉冲激光，其中第一束双脉冲激光依次通过第一反射镜及第二反射镜反射后反向平行地返回，并经第三反射镜反射后得到第一快门脉冲；其中第二束双脉冲激光依次通过第四反射镜及第五反射镜反射后反向平行地返回，并经第六反射镜反射后得到第二快门脉冲；所述第一快门脉冲和第二快门脉冲均与入射的双脉冲激光平行且同方向，而且第一快门脉冲和第二快门脉冲不在同一直线上；

所述第一束双脉冲激光从直角棱镜传播到第三反射镜处的光程和第二束双脉冲激光从直角棱镜传播到第六反射镜处的光程相等。

进一步，所述待测微纳器件耦合系统包括待测微纳器件和样品台，所述待测微纳器件安装在样品台上，所述第一外接光纤和第二外接光纤分别垂直地耦合到待测微纳器件两端的耦合光栅上。

进一步，所述非线性晶体采用BBO晶体。

进一步，所述飞秒激光器采用飞秒染料激光器、飞秒固体激光器、飞秒半导体激光器或飞秒光纤激光器。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：

一种测量微纳器件延迟特性的测量方法，包括：