實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：基于微環(huán)諧振器的傳感器制備及傳感特性

測(cè)試目的：以第仿真優(yōu)化后器件結(jié)構(gòu)與參數(shù)為基礎(chǔ)，研究合理的加工順序和加工參數(shù)，對(duì)基于電光聚合物和硅基微環(huán)諧振器的電場(chǎng)傳感器進(jìn)行微加工制備，并搭建直流電場(chǎng)傳感試驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試分析直流電場(chǎng)傳感器的傳感特性。

測(cè)試設(shè)備：高壓放大器、任意函數(shù)發(fā)生器、傳感器、光譜儀、偏振控制器等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

圖1：測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

搭建了如圖1所示的傳感試驗(yàn)平臺(tái)。該試驗(yàn)平臺(tái)根據(jù)設(shè)備的性質(zhì)，可以分為光路部分和電路部分。首先是光路部分，將C波段寬帶光源（中心波長(zhǎng)為1535nm-1560nm）作為光源，通過(guò)單模光纖與偏振控制器相連，經(jīng)過(guò)偏振控制器后的基模偏振態(tài)光通過(guò)錐形單模透鏡光纖垂直耦合進(jìn)入芯片的輸入端，并通過(guò)直波導(dǎo)耦合進(jìn)入環(huán)形波導(dǎo)中產(chǎn)生諧振，隨后直波導(dǎo)的輸出端再通過(guò)錐形單模透鏡光纖耦合出去，并與光譜分析儀相連，以顯示和存儲(chǔ)芯片的輸出光信號(hào)。另一板塊是電路部分，為了輸出用于制造強(qiáng)電場(chǎng)的高電壓，采用高壓放大器對(duì)任意函數(shù)發(fā)生器的低壓信號(hào)進(jìn)行放大。

圖2：傳感器輸出響應(yīng)譜線(xiàn)隨電場(chǎng)幅值的變化情況

使用任意函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生直流信號(hào)，經(jīng)過(guò)高壓放大器放大后施加在平板電極上，產(chǎn)生均勻直流電場(chǎng)，分別施加不同的直流電場(chǎng)，通過(guò)光譜分儀記錄傳感器的輸出光信號(hào)。電場(chǎng)傳感器在不同直流電場(chǎng)下的透射光譜如圖2所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

測(cè)試結(jié)果表明，基于10μm半徑的微環(huán)傳感器輸出光譜的自由光譜寬度為8.16nm，品質(zhì)因子是6276，消光比為8.05dB。然而根據(jù)3.2.1小節(jié)中的仿真研究結(jié)果可知，微環(huán)諧振器半徑為10μm時(shí)，理想中的自由光譜寬度為9nm，品質(zhì)因子是9200，與實(shí)際試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)相差較大，導(dǎo)致這結(jié)果的原因可能是電光聚合物薄膜上包層影響了光波傳輸，導(dǎo)致傳播損耗增大，其次波導(dǎo)的微加工制備工藝的技術(shù)問(wèn)題也會(huì)影響波導(dǎo)傳輸。

進(jìn)一步，從圖2中可以看出，當(dāng)電場(chǎng)振幅變化時(shí)，傳感器諧振波向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向顯著漂移。這可以解釋為在電場(chǎng)作用下，電光聚合物的折射率變大，導(dǎo)致波導(dǎo)有效折射率變大，微環(huán)諧振波長(zhǎng)發(fā)生右移。在相同的恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，對(duì)沒(méi)有電光聚合物上包層的微環(huán)諧振器進(jìn)行了測(cè)驗(yàn)，當(dāng)改變所施電場(chǎng)幅值時(shí)，沒(méi)有觀(guān)察到輸出諧振波長(zhǎng)有漂移，因此其該變量?jī)H與電光聚合物有關(guān)。

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圖：ATA-7050高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇