實驗名稱：面向角速度傳感應用的硅基二氧化硅光波導諧振腔結構參數優化

實驗內容：本章提出了一種雙圈交叉光波導諧振腔新型結構，該結構在有限的芯片空間內通過增加諧振腔的腔長能夠有效的提升諧振腔的品質因數。

測試設備：功率放大器、可調諧激光器、信號發生器、偏振控制器、光電探測器與示波器等。

圖1：氧化硅光波導諧振腔測試系統

實驗過程：

圖2：間距4.4μm光波導諧振腔的諧振譜

將間距4.4μm的光波導諧振腔置于溫控盒中，調節溫度使諧振腔的諧振頻率處于激光器中心頻率附近，穩定后得到如圖2所示的光波導諧振腔的諧振譜線。根據測得的譜線可計算得到諧振腔的品質因數、諧振深度、半高全寬等參數。圖中三角波為激光器的掃頻信號頻率為10Hz，由信號發生器產生經過高壓放大器放大后幅值為59.6V，可以看到在三角波掃頻信號的上升沿里出現了光波導諧振腔的諧振峰。對該諧振峰進行洛倫茲擬合得到其時間域上的半高全寬為0.0012s，對應的掃描電壓差為1.49V。激光器的頻率調制系數為15MHz/V，可以得出諧振腔的半高全寬為22.35MHz。品質因數可以根據半高全寬得到，諧振深度也可由發生諧振時的光強與非諧振時的光強比來得到。該光波導諧振腔的品質因數測得為8.66×106，諧振深度為99.9%。

實驗結果：

圖3：光波導諧振腔仿真結果與測試結果的對比(a)半高全寬與間距的關系，(b)諧振深度與間距的關系

不同間距的光波導諧振腔經過諧振譜測試，其結果如圖3所示。可以看出仿真結果與實測結果吻合較好。諧振腔的半高全寬隨著間距的增加逐漸減小，測試結果與仿真值具有相同的趨勢；諧振深度隨著間距的增加先增加后減少，測試結果也是如此。且在間距4.4μm處諧振腔處于臨界耦合狀態，與仿真計算具有良好的一致性。

諧振腔的測試結果體現出前面所提出的諧振腔設計方法的可靠性。這批氧化硅光波導諧振腔品質因數最高的是間距5.2μm，Q值為1.02×107；諧振深度最高的是間距4.4μm，諧振深度為99.9%，Q值為8.66×106。

然而，圖3中也顯示出仿真值與實際測試值之間還存在一定的誤差，通過對測試結果的分析，本文認為造成誤差的愿意可能來自于光波導實際傳輸損耗的測試誤差、加工工藝導致的間距誤差以及激光器線寬導致的諧振譜半高全寬的測試誤差等因素。

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審核編輯 黃宇