一種對光波導通光性能進行測試的方法

2023-09-14 05:40:00 1

一種對光波導通光性能進行測試的方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於掃描近場光學顯微鏡的對光波導通光性能進行測試的方法，該方法基於包括雷射器、具有光波導的光波導器件、掃描驅動裝置、輸入近場光纖探針、輸出近場光纖探針、信號發生器、鎖相放大器、微納操作臂、探測設備、控制箱和計算機的測試系統實現，包括：首先把製備的波導器件用膠粘劑粘在樣品盒上；然後通過電鏡尋找到光波導的位置，通過微納操作臂將近場光纖探針移到光波導的某處，通過輸入近場光纖探針引入光信號；輸出光信號經輸出近場光纖探針傳輸到探測設備中；通過掃描臺驅動光波導在X和Y方向逐點掃描，得到整個光波導的近場光學圖像；完成光波導晶片的測試。利用本發明，能夠精確測試光波導器件的通光性能。
【專利說明】一種對光波導通光性能進行測試的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光波導器件測試【技術領域】，尤其是一種基於掃描近場光學顯微鏡的對光波導通光性能進行測試的方法。
【背景技術】
[0002]自從光學顯微鏡出現以來，人們一直在為提高顯微鏡的解析度進行著不懈的努力。自18世紀後，光學顯微鏡的解析度已經沒有實質性的提高了，這主要是由於存在一個由衍射效應決定的解析度極限。隨後，人們提出了掃描電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡等，雖然這些顯微鏡的解析度有了驚人的提高，但是它們存在一些根本性的弱點。例如，它們對樣品的要求較高，而且對樣品的環境要求也很高，從而使這類顯微鏡在使用上有局限。因此，人們又將目光放在了光學顯微鏡了，這樣就出現了掃描近場光學顯微鏡。掃描近場光學顯微鏡不但有超解析度，而且能獲得樣品的近場光學像，這對於生物樣品和光電子器件的測試有著革命性的意義。
[0003]隨著現在納米科學的深入研究，人們對納米材料和各種納米器件的表徵顯得格外迫切。而掃描電子顯微鏡只能得到器件的表面形貌圖像，不能對器件的性能進行動態檢測。隨著微納米加工技術的進步，光波導晶片的尺寸也逐漸減小，雖然光波導器件的小型化有利於實現大規模的晶片集成，但是晶片的測試難度卻大大增加。
[0004]傳統的對光波導通光性能測試方法有滑動稜鏡法、三稜鏡耦合法等，這些都是利用稜鏡依次將傳輸線上各點的光耦合出來進行測量。滑動稜鏡法需要在波導表面反覆滑動稜鏡，這要求很複雜的實驗技巧，而且會對波導的表面造成傷害。三稜鏡耦合法需要光波導比較長。

【發明內容】

[0005](一 )要解決的技術問題
[0006]本發明的目的在於提供一種對光波導通光性能進行測試的方法，以精確測試光波導器件的通光性能，實現光波導動態特性的觀測。
[0007]( 二 )技術方案
[0008]為達到上述目的，本發明提供了一種對光波導通光性能進行測試的方法，該方法基於包括雷射器4、具有光波導2的光波導器件、掃描驅動裝置3、輸入近場光纖探針12、輸出近場光纖探針11、信號發生器5、鎖相放大器6、微納操作臂7、探測設備8、控制箱9和計算機10的測試系統實現，該方法包括:
[0009]步驟1:將具有光波導2的光波導器件用膠粘劑粘在樣品盒上；
[0010]步驟2:利用環境掃描電子顯微鏡在光波導器件中尋找到光波導2的具體位置，然後通過調節微納操作臂7將輸入近場光纖探針12移到光波導2的某處，通過輸入近場光纖探針12將雷射器4發出的光信號引入光波導2 ；
[0011]步驟3:從光波導2輸出的光信號經輸出近場光纖探針11傳輸到探測設備8中進行探測掃描，掃描結果通過控制箱9進入計算機10，由計算機10對掃描結果進行數據處理；
[0012]步驟4:通過掃描驅動裝置3驅動光波導2在X和Y方向被逐點掃描，將掃描結果輸送到計算機10進行數據處理，得到整個光波導器件的近場光學圖像；
[0013]步驟5:從得到的光波導器件的近場光學像和器件的表面結構像，得到光波導的通光性能及損耗特性，完成光波導通光性能的測試。
[0014]上述方案中，步驟I中所述膠粘劑是白乳膠或雙面膠。
[0015]上述方案中，步驟2中所述輸入近場光纖探針是拉錐石英光纖探針，探針尖端尺寸小於IOOnm。
[0016]上述方案中，步驟3中所述輸出近場光纖探針11是帶有石英音叉的拉錐石英光纖探針。
[0017]上述方案中，步驟3中所述探測設備8是光電倍增管。
[0018]上述方案中，步驟4中所述掃描驅動裝置3是壓電陶瓷管或壓電陶瓷掃描臺。
[0019](三)有益效果
[0020]從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果:
[0021]1、本發明提供的基於掃描近場光學顯微鏡的對光波導通光性能進行測試的方法，通過藉助掃描近場光學顯微鏡的超分辨成像特點，能夠精確測試光波導器件的通光性能，尤其對於小尺寸的光波導器件，能很方便的測得它的通光性能。
[0022]2、本發明提供的基於掃描近場光學顯微鏡的對光波導通光性能進行測試的方法，具有體積小，操作簡便，結構簡單的特點，能夠對各種光波導器件進行無損測試。
[0023]3、本發明提供的基於掃描近場光學顯微鏡的對光波導通光性能進行測試的方法，能夠很好的實現光波導動態特性的觀測，可以實時的觀測到波導的漏光以及表面粗燥度，能夠廣泛用於光波導的製備及測試中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]為了進一步說明本發明的內容及特點，結合一下附圖及實施方式作詳細的描述，其中:
[0025]圖1是本發明提供的基於掃描近場光學顯微鏡的對光波導通光性能進行測試的方法流程圖；
[0026]圖2是依照本發明實施例的馬赫-增德調製器的結構示意圖；
[0027]圖3是圖2中光纖探針與光波導的相對位置示意圖；
[0028]圖4是依照本發明實施的基於掃描近場光學顯微鏡的對光波導通光性能進行測試的示意圖。
【具體實施方式】
[0029]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明實施的基於掃描近場光學顯微鏡的光波導測試方法進一步詳細說明。
[0030]請參閱圖1-圖4，本發明提供的基於掃描近場光學顯微鏡的對光波導通光性能進行測試的方法，該方法基於包括雷射器4、具有光波導2的光波導器件、掃描驅動裝置3、輸入近場光纖探針12、輸出近場光纖探針11、信號發生器5、鎖相放大器6、微納操作臂7、探測設備8、控制箱9和計算機10的測試系統實現，該方法包括:
[0031]步驟1:將具有光波導2的光波導器件用膠粘劑粘在樣品盒上；該膠粘劑是白乳膠或雙面膠等粘合材料；
[0032]步驟2:利用環境掃描電子顯微鏡在光波導器件中尋找到光波導2的具體位置，然後通過調節微納操作臂7將輸入近場光纖探針12移到光波導2的某處，通過輸入近場光纖探針12將雷射器4發出的光信號引入光波導2 ;其中，輸入近場光纖探針是拉錐石英光纖探針，探針尖端尺寸小於lOOnm。
[0033]步驟3:從光波導2輸出的光信號經輸出近場光纖探針11傳輸到探測設備8中進行探測掃描，掃描結果通過控制箱9進入計算機10，由計算機10對掃描結果進行數據處理；其中，輸出近場光纖探針(11)是帶有石英音叉的拉錐石英光纖探針，探測設備(8)是光電
倍增管。
[0034]步驟4:通過掃描驅動裝置3驅動光波導2在X和Y方向被逐點掃描，將掃描結果輸送到計算機10進行數據處理，得到整個光波導器件的近場光學圖像；其中，掃描驅動裝置(3)是壓電陶瓷管或壓電陶瓷掃描臺。
[0035]步驟5:從得到的光波導器件的近場光學像和器件的表面結構像，得到光波導的通光性能及損耗特性，完成光波導通光性能的測試。
[0036]實施例
[0037]本發明提出的基於掃描近場光學顯微鏡的對光波導通光性能進行測試的方法，可以對各種光波導的通光性能進行測試，下面以馬赫-增德調製器為例來具體說明。
[0038]馬赫-增德調製器的結構如圖2所示，包括絕緣層I和光波導2，絕緣層I的中間是光波導2，本實施例就是要測試馬赫-增德調製器中的光波導2的通光特性，具體包括:
[0039]首先用剪頭鑷子從白乳膠膠水瓶中蘸取少量膠水，並塗於製備好的馬赫-增德調製器晶片的背面，將它固定在樣品盒上。膠水塗覆的長度與寬度應小於馬赫-增德調製器晶片的尺寸，避免粘住晶片後部分膠水從晶片下部溢出來而影響輸入拉錐光纖探針與光波導的對準。
[0040]利用環境掃描電子顯微鏡在馬赫-增德調製器中尋找到光波導2的具體位置，控制微納操作臂7將輸入近場光纖探針12移到待測光波導的某處，並通過旋轉微納操作臂7的角度，使得馬赫-增德調製器晶片的表面與輸入近場光纖探針12的掃描面基本平行，雷射器4發出的光耦合到輸入近場光纖探針12中，如圖3所示。輸入近場光纖探針12在微納操作臂7的帶動和石英音叉剪切力的反饋控制下，小心逼近馬赫-增德調製器的表面。被激發發出的近場光學信號由輸出近場光纖探針11收集，經過尾纖傳遞到光電倍增管8中。控制掃描臺3帶動馬赫-增德調製器在X和Y方向逐點掃描，同時，將信號發生器5連接到光纖探針的音叉輸入端，將音叉輸出的信號接入鎖相放大器6中，利用控制箱9控制掃描臺3和輸出近場光纖探針11之間的距離，最後通過計算機10進行數據採集與處理，從而得到光波導的近場光學像，如圖4所示。同時由於在石英音叉的剪切力反饋控制下進行掃描，所以可以得到光波導器件的表面形貌像。通過分析近場光學像可以知道波導的通光及漏光特性。
[0041]測試完成後，首先分別移開輸出近場光纖探針和輸入近場光纖探針，避免它們與晶片的碰撞而損壞光纖頭。把粘有晶片的樣品盒用鑷子取下，浸泡在丙酮溶液中，不斷搖晃震蕩，待晶片與樣品盒完全分離後，用鑷子取出，分別用無水乙醇和去離子水清洗，最後用氮氣槍吹乾即可。
[0042]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種對光波導通光性能進行測試的方法，其特徵在於，該方法基於包括雷射器(4)、具有光波導(2)的光波導器件、掃描驅動裝置(3)、輸入近場光纖探針(12)、輸出近場光纖探針(11)、信號發生器(5)、鎖相放大器(6)、微納操作臂(7)、探測設備(8)、控制箱(9)和計算機(10)的測試系統實現，該方法包括: 步驟1:將具有光波導(2)的光波導器件用膠粘劑粘在樣品盒上； 步驟2:利用環境掃描電子顯微鏡在光波導器件中尋找到光波導(2)的具體位置，然後通過調節微納操作臂(7)將輸入近場光纖探針(12)移到光波導(2)的某處，通過輸入近場光纖探針(12)將雷射器(4)發出的光信號引入光波導(2); 步驟3:從光波導⑵輸出的光信號經輸出近場光纖探針(11)傳輸到探測設備⑶中進行探測掃描，掃描結果通過控制箱(9)進入計算機(10)，由計算機(10)對掃描結果進行數據處理； 步驟4:通過掃描驅動裝置(3)驅動光波導(2)在X和Y方向被逐點掃描，將掃描結果輸送到計算機(10)進行數據處理，得到整個光波導器件的近場光學圖像； 步驟5:從得到的光波導器件的近場光學像和器件的表面結構像，得到光波導的通光性能及損耗特性，完成光波導通光性能的測試。
2.根據權利要求1所述的對光波導通光性能進行測試的方法，其特徵在於，步驟I中所述膠粘劑是白乳膠或雙面膠。
3.根據權利要求1所述的對光波導通光性能進行測試的方法，其特徵在於，步驟2中所述輸入近場光纖探針是拉錐石英光纖探針，探針尖端尺寸小於lOOnm。
4.根據權利要求1所述的對光波導通光性能進行測試的方法，其特徵在於，步驟3中所述輸出近場光纖探針(11)是帶有石英音叉的拉錐石英光纖探針。
5.根據權利要求1所述的對光波導通光性能進行測試的方法，其特徵在於，步驟3中所述探測設備(8)是光電倍增管。
6.根據權利要求1所述的對光波導通光性能進行測試的方法，其特徵在於，步驟4中所述掃描驅動裝置(3)是壓電陶瓷管或壓電陶瓷掃描臺。
【文檔編號】G01M11/02GK103528798SQ201310498613
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2013年10月22日
【發明者】楊惠霞, 謝亮, 王瑞 申請人:中國科學院半導體研究所