光电子器件制备与测试技术实验（Word）

1、一、光谱分析仪（AQ6370）的使用和AQ2200-211功率计测量光谱功率实验目的1、 了解光谱分析仪（AQ6370）的结构2、 学会使用光谱分析仪测量光谱3、 学会使用AQ2200-211功率计实验仪器光谱分析仪（AQ6370）、AQ2200-211功率计实验原理利用衍射光栅测量光谱, 衍射光栅型光谱分析仪能够进行各种激光器和LED的光谱测量,具有测量波长范围宽、灵敏度高、动态范围大等优点。实验内容与步骤1、 认识功能键2、开机校准(1).打开电源(2).光路准直 System -> More 1/4 -> OPTICAL ALIGNMENT(3).波长校准 System -&

2、gt; More 1/3 -> WL CALIBRATION(4). 自动扫描，自动调整分辨率，得到波长和功率的大致范围。1 / 483、测量条件（1）、设置测量需要的中心波长（2）、设置波长范围（3）、设置功率范围及刻度（4）、设置分辨率，灵敏度4、光谱测量（1）、用光纤将光源接入光谱仪AQ6370进行测量（2）、AQ2200-142双波长FP-LD光源分析分析参数：a. SMSRb. 峰值波长c. 峰值功率d3dB带宽分析: 3dB带宽大小和.中心波长（3）AQ2200-211功率计模块的使用AQ2200-211是AQ2200系列的高速长波传感器，当它安装在AQ2200系列的主机上时

3、，它允许光功率计以高速、高精度测量。二、光学多道分析器实验实验目的1 了解OMA的组成及工作原理；2 学习使用OMA分析光谱的方法；3 了解计算机在数据采集、分析处理中的应用；4 分析可见光区的Hg灯光谱。实验仪器WGD-6型光学多通道分析器、Hg灯、氖灯。实验原理1平面光栅的分光原理光学多通道分析器原理为平行光束入射到平面光栅G（光栅平面的方位可由精密机械调节）时，将发生衍射，衍射时有光栅方程： （3.4-1）式中d是光栅常数，是入射光波长，k是衍射级次，为衍射角。由光栅方程可知，当光栅常数d一定时，不同波长的同一级主最大，除零级外均不重合，并且按波长的大小，自零级开始向左右两侧，由短波向长

4、波散开。每一波长的主最大，在光栅的衍射图样中都是很细、很锐的亮线。由dsin=k可知，级次间距对应，当角度较小的时，角度间隔最小，当角度增加时，角度间隔增加。所以光谱排列并非按角度线性分布。当角度较小时可以简化为线性，即可采用线性定标，更进一步可以从级数展开的角度采用2次、3次、或4次定标。S1：入射狭缝 M1：反射镜 M2：反射式准光镜 M3：物镜 M4：物镜 G：平面衍射光栅 P：观察窗口（或出射狭缝）图 WGD-6型光学多通道分析器原理图WGD-6型光学多通道分析器的原理如图3.4-1所示，由光栅单色仪、CCD接收单元、扫描系统、电子放大器、A/D采集单元和计算机组成。它集光学、精密机械

5、、电子学、计算机技术于一体，可用于分析300nm900nm范围内的光谱。如图3.4-1所示，光源发出的光束经狭缝S1照射到反射镜M1上，因狭缝S1位于凹面反射镜M2的焦平面上，由M1反射的光束经M2反射后将成为一束平行光。当平行光束入射到平面光栅G（光栅平面的方位可由精密机械调节）时，将发生衍射；衍射后的平行光束经凹面反射镜M3反射后将在观察窗口S3处形成光谱，由于各波长光的衍射角不同，在观察窗口S3处形成以某一波长为中心的一条光谱带，可在S3处直观地观察到光谱特征；转动光栅G可改变中心波长，整条谱带也随之移动。转开平面M4可使M3直接成像于光电探测器CCD接收位置S2上，它测量的谱段与观察窗

6、口S3处观察到的完全一致。光谱出现在S2处，还是出现在S3处取决于转换开关的状态：当转换开关位于“CCD档”时，反射镜M4收起，衍射光束由M2直接反射到CCD接收位置S2处，由CCD传感器采集光谱信息；当转换开关位于“观察档”时，反射镜M4放下，衍射光束经M2、M4依次反射后照射到观察窗口S3处，可用肉眼直接进行观察。当用CCD传感器采集光谱信息时，为防止外界杂光的干扰，应用盖子将观察窗S3遮住。CCD传感器是WGD-6型光学多通道分析器数据采集部分的核心，也是整个系统的关键所在，它的作用是将衍射光谱转换成电信号。利用CCD可以同时采集一定波长范围内光谱中各个波长点的数据，若同时将其输出的电脉

7、冲信号经数-模（AD）变换后串行输入计算机，可由计算机对光谱信息进行采集、分析和处理，并在计算机的显示屏上近乎实时地显示出光谱的光强分布图，移动光谱图上的光标，屏上即显示出光标所在处的道数和相对光强值，进而实现光谱的快速分析。实验内容与步骤1谱线定标（1）检索中心波长到400nm打开主机，进入数据处理子菜单检索，输入中心波长400nm，然后按确定。检索到相应位置后，计算机一般会提示“检索完毕”，同时计算机转动的“嘎吱”声停止。（2）对已知光谱进行实时采集检索完毕后，打开氖灯，对准狭缝s1，进入运行子菜单实时采集，采集已知光谱。（3）对谱线进行定标定标有自动定标和手动定标两种方法。自动定标很简单

8、，直接点击副工具条上的自动定标按钮，或进入数据处理选择手动定标。手动定标的步骤是：进入数据处理选择手动定标选定第一个定标的谱线，按回车键，输入谱线波长，按添加下一点按钮选定第二个定标的谱线，按回车键，输入谱线波长，按添加下一点按钮点击添加定标按钮，计算机弹出定标对话框选择适合的定标（线性、一次、二次、三次或四次定标）定标完成后，计算机横坐标换成波长显示。2测量未知谱线测量未知谱线的步骤：首先是有已定标的数据，可以将横坐标转化为波长；然后采集到未知谱线的数据；读取未知谱线的波长。测量过程中，要考虑调节狭缝的宽度来观察比较微弱的谱线和比较强的谱线。（1）获取波长坐标，一方面可以通过定标来获取；另一

9、方面也可以通过打开保存的已经定标的文件，转化为波长显示来实现。（2）在狭缝比较宽的情况下获取的未知谱线。（3）读取谱线数据。 【数据记录与处理】1测量Hg灯的定标曲线波长（nm）通道以Hg灯光谱的波长为横坐标，通道为纵坐标，作Hg灯光谱的定标曲线。要求：利用自动定标和手动定标两种方法定标，分别绘出定标曲线。2利用Hg灯光谱的定标曲线测量Ne灯的波长。手动定标基础上测出Ne灯的波长三、薄膜透射率、反射率的测量实验目的：1、 学会光纤光谱仪的使用。2、 掌握用光纤光谱仪测量薄膜透射率、反射率的方法实验仪器：OSM- 400UV/VIS光谱仪、带有光源的测量厚度的探头、光纤光缆一根(400 

10、1;m, NA 0.22)、钥匙、薄膜。实验原理信号光由一个标准的光纤接口进入光学平台，先经一个球面镜准直，然后由一块平面光栅把该准直光色散，经由第二块球面镜聚焦，最后光谱的象就被投射到一块一维线性探测器阵列上。实验内容1、 安装OSM-Analyst软件2、 OSM- 400UV/VIS光谱仪和OSM-Analyst软件的使用3、 按图连接测量装置图：4、 分别测量光源的光谱和薄膜的透射、反射谱5、 通过软件计算薄膜的透射、反射率。四、光纤频谱仪测试膜厚度实验目的：1、 光谱仪的使用。2、 掌握用光纤光谱仪测量薄膜厚度的方法3、 测量玻璃基底玻璃树脂膜的厚度实验仪器：OSM- 400UV/V

11、IS光谱仪、带有光源的测量厚度的探头、光纤光缆一根(400 µm, NA 0.22)、钥匙、玻璃基底玻璃树脂膜。实验原理：光束进入光学过滤器并被有效传输至光谱仪。一旦进入光谱仪，则从光学过滤器发出的发散光束就会被一个球形镜校准使变成平行光束。平行光束经过平面光栅衍射，所产生的衍射光聚焦到第二个球形镜。光谱图象投射到一个一维线性CCD阵列，其数据将通过一个A/D转换器传输到计算机。薄膜测量系统是基于光干涉的原理来确定光学薄膜的厚度。光干涉图样通过数学函数被计算出薄膜厚度。对于单层膜来说，如果已知薄膜介质的n和k值就可以计算出它的物理厚度。薄膜测量广泛应用于半导体晶片生产工业，此时需要监

12、控等离子刻蚀和沉积加工过程。还可以用于其它需要测量在金属和玻璃基底上镀制透明膜层的领域。其他领域中，金属表面的透明涂层和玻璃衬底也需要严格测量。实验内容：1、 按图连接测量装置图：用光纤连接好光谱仪和探头，给探头光源通电，二、软件参数设定：(1)在options选项中设定以下参数Range: 250 850 nmSteps: 1 nmGauss: 0 nmNoise Filter, Ampl. correction, dark correction: ONAdd cylces: 1Iterations: 1Auto exposure: ONMax cycle time: 200 ms（2）在P

13、lug ins选项中设定以下参数：Parameters “Filter”Threshold 1 and Threshold 2 用来决定第二和第三膜层的最小厚度， 如果 Threshold 1 设定为50, 第二膜层的最小厚度为第一膜层的厚度50%相应的根据 Threshold 2的值可定出第三层的厚度d2d1Base MaterialParameters “Layer Calculation”The minimum and maximum thickness values are not set in this window. The user chooses the range of th

14、e layer thickness when measuring the first object.在wave start 中填400 在.end 中填745在n 填衬底材料折射率三、测量（1）、探头对准无反射物体进行测量作为背景。点击“Dark”选项进行测量（2）、探头对准没有镀膜的基底材料进行测量作为参考。点击“Reference ”选项进行测量.（3）、探头对准镀膜进行测量。点击“object ”选项进行测量.（4）、点击“calculation ”选项进行进行计算得出膜厚。五、棱镜耦合法测薄膜厚度和折射率有效折射率是表征光波导的重要参数，知道了有效折射率，才能计算波导的传播常数进而根据

15、光波导的色散方程计算波导介质的厚度、介电系数等其它参数。因此,通过测量光波导的有效折射率计算波导波膜厚度和折射率对波导器件的设计具有十分重要的意义。 实验目的1 了解光波导结构，学习介质平板波导理论；2 掌握测量光波导有效折射率的方法；3 熟悉棱镜耦合激发导模的实验方法。实验原理1 介质平板波导理论介质平面波导是一个三层，如图1 所示，在衬底和覆盖层之间有一层波导层，通常覆盖层为空气。设衬底、导波层和覆盖层的折射率分别为、h为导波层厚度（um量级）。构成波导的必要条件是>，光在导波层中传播。光在导波层中光场是振荡的，在衬底和覆盖层中以指数衰减的形式存在。导波层中的导模满足色散方程，对于T

16、M 模，色散方程可写为： （1.1）对于TE模 （1.2）式中： （1.3） （1.4） （1.5）Fig.1三层平板波导结构其中为传播常数。为真空中的波矢，为实验中所用激光的波长，m 为模序数。导模有效折射率定义为： （1.6）因而测得了导模有效折射率，便知道了传播常数 。对于多模波导，若知道了三个模的、，便可联立当模序数为m-1、m、m+1 时的超越方程（1.1），以TM 模式色散方程为例，可得到： (1.7)借助计算机求解上述超越方程就可求得波导薄膜的厚度h、折射率 和模式数m2棱镜耦合原理对于图1 的三层平板波导，导模传播常数 必须满足 (1.8) 当光束直接从介质覆盖层向波导入射时光

17、束能量转化为导模能量需满足波矢匹配条件： (1.9)其中 为入射角，由（1.8）、（1.9）式可知这种耦合是不可能，同样光束也不能从衬底层耦合进波导。棱镜耦合法是在波导中激发导模的一种重要方法。棱镜耦合的原理如图2 所示。若在波导层上放置一块高折射率（ ）的棱镜，这时棱镜底部与导波层的表面之间有一层空气隙。当入射角以大于棱镜和空气的全反射临界角入射于棱镜底部时，在空气隙中产生迅衰场，与波导的迅衰场耦合，可使光束能量耦合转化为导模的能量，耦合的强弱与空气隙的厚度密切相关。耦合波导的匹配条件为： (1.10)由于一般比 大，根据（1.8）、（1.10）两式可知，这种耦合是完全可以的。满足（1.10

18、）式的入射角称为共振角。 Fig.2 棱镜耦合原理图当耦合条件满足时，大部分能量进入波导，反射光强骤减，在反射屏上能观察到若干条弯曲的线，即m-line。这时就认为导模被激发了。也可利用计算机模拟光束能量通过棱镜进入波导的角度扫描过程。反射率R 随入射角 的变化曲线也称为衰减全反射（ATR）谱。如图3 所示： Fig.3 ATR 谱 实验装置 Fig.4 光波导参数测量装置光波导参数测量装置如图4 所示，它由激光器、偏振器、耦合棱镜、待测波导、仪、光电探测器、控制仪和电脑组成。本测量装置中仪是一关键部件，它由计算机控制的步进马达传动实验内容1有效折射率测量有效折射率的传统测量方法是采用m-li

19、ne 方法。即通过用肉眼观察到m 线时记录下角度，即可计算得到有效折射率。但由于人眼误差较大，且对于一些m-line 不易被观察到的特殊情况（如波导损耗较大或光波波长较长等情况），m-line 方法就不大有效了。本实验中，样品被放置在 仪旋转台上，用探测器测量反射光随入射角 的变化函数。通过反射曲线的骤减峰来判断导模的激发。为了获得较为精密的实验数据，转台的转速及数据采集都由计算机来控制，如图4。需要注意的是，当转台由计算机控制以角速度 转动的时候，根据反射定律，反射光线将以2转动。也就是说，探测器将以2 绕转台中心转动。若无特殊机构，很难保证二者的同步。在本实验中采用的仪转台能很好的满足上述

20、要求。如图5 所示，圆台实际上是由内圆台和外圆环构成，二者严格同心。样品放置在内圆台上，当内圆台以 转动时，通过一系列机构带动外圆环以2 转动。探测器放置在外圆环上。从而保证了不论样品转动到了何处位置，始终能准确的探测到出射光强的变化。Fig.5 仪示意图探测器即为硅光电池。探测到的光强信号电压一般为几个毫伏，将这个信号经模拟放大电路放大，再通过 A/D 转换卡转换成数字信号进行分析。数据经计算机采集并分析之后能直接获得棱镜的耦合角。从而可以根据公式 计算导模的有效折射率。测量软件的计算机工作界面如图6 所示： Fig.6 m-line 实验曲线2具体操作a 棱镜底角的测量.b 光束在棱镜入射

21、面上的自准。使入射光线在棱镜入射面上的反射光严格与小孔重合，确定出入射光束的初始入射角。c 点击光波导参数测量仪的计算机工作界面上“选项”菜单按钮，确定计算机设定的步进电机的细分数与步进电机控制箱的细分数一致。d 启动步进马达进行角度扫描。在计算机工作界面上，按“反向”或“正向”菜单按钮，开始m-line曲线扫描，得到ATR 谱线。e 在ATR 谱上测定相邻三个导模的同步角。按鼠标右键，出现大的十字叉丝，在计算机工作界面的右侧“光标位置”显示匡读出十字叉丝对应的角度位置 。f 计算出相邻三个导模的传播常数。其中g 将相邻三个导模的传播常数代入模式色散方程，求解薄膜的厚度和折射率（可编写计算软件

22、进行计算）。思考题1 如果波导只能容纳2 个导模，如何确定薄膜的厚度和折射率？六、光波导传输损耗的测量波导薄膜中导波光的传输损耗是评价介质平板波导的一个重要参数,传统的测量光波导传输损耗的方法如截断法（Cut-Off Method）和滑动棱镜法（Prism Sliding Method）在测量准确性和方便性方面均存在着较大的问题，难以获得广泛的应用。采用CCD 数字成像器件，通过数字成像对光波导内部的传输光强进行测量，可计算得到波导的传输损耗，该方法具有无损、高精度快速测量等优点。实验目的1 了解CCD 数字成象法测量波导传输损耗的原理及实际的测量光路；2 掌握用于去除散粒噪声的中值滤波图象处

23、理技术；3 通过传输曲线的拟合计算传输衰减系数。实验原理1 损耗机理光波导器件传输损耗主要由以下因素产生：波导材料的散射和吸收引起的损耗；基片的表面光洁度受到抛光工艺的限制，界面的不规则导致导模与辐射模间的耦合而引起的损耗；波导表面弯曲，引起能量辐射造成损耗。2测量原理真实波导由于界面不平整以及波导内部杂质散射，使导模转变为辐射模。可以认为：某一位置散射出来的光强主要受到该点的传输光强、界面不平整程度、杂质多少的影响。整块波导是在特定条件下一次性制备，后两因素的影响可以认为在整块波导中平均分布，即使由于杂质大小有涨落而出现某点散射光特别强，也可以在后期的图象处理中采用数字滤波技术加以消除。因此

24、，散射光强将只和该处的实际传输光强成正比。据此，可以采用数字成象器件CCD 对传输线上各点的散射光强进行记录，转换成内部传输光强，拟合出传输衰减曲线并计算衰减系数。实验仪器1 半导体激光器（650nm）、偏振棱镜、透镜；2 待测离子交换光波导片；3 数字成像器件CCD 和数据采集系统。实验中使用的是自带视频信号输出的CCD。实验内容为了能够更方便地进行波导传输损耗的测量，本实验设计了一个专用测量软件如Fig.3 所示。该软件把数字图象处理、衰减曲线拟合及波导损耗计算集成在一起，对波导传输损耗进行测量。 图3 光波导传输损耗测量计算机工作界面1 波导传输线的调整实验光路如图调整光路，区分传输模和

25、辐射模的不同，调出波导的传输模。2 波导传输线拍摄用CCD 对波导内传输线进行拍摄。CCD 把拍摄到的景物转换成视频信号输出，图象采集卡对信号进行帧提取，并以数据文件的形式存储在计算机的硬盘上。图象板还能对输入信号进行实时处理并回显，为拍摄提供了监视手段，这一切都是利用软件通过对端口编程来实现的。Fig.4 实验光路3 图像的定标将保存的波导传输线静态数字照片调出，在波导传输线上选中两点，测量两点间对应的波导片上的距离， 输入计算机。4 图象噪声的消除在波导传输线静态数字照片上，对传输线的光强分布进行滤波，消除波导杂散光带来的噪声，减少传输衰减系数的计算带误差。用鼠标选定传输线滤波的范围，点击

26、“滤波”菜单按钮，计算机采用均值滤波算法依照程序对图像进行滤波处理，消除图像的噪声。5传输损耗的计算点击“分布”菜单按钮，提取已经过滤波的选定图像的光强分布，测量程序采用线性回归方法给出回归系数和波导的传输损耗。注意事项1. 入射光束不可太弱也不宜过强。光束太弱，传输线亮度太低，有可能低于CCD 的阈值光强或被背景噪声淹没。光束过强，有可能使CCD 的响应饱和，影响拟合精度；2. CCD 探头不宜离波导太近，否则探头通过波导的玻璃衬底所成像也会被拍摄下来，从而带来不必要的噪声。CCD 除镜头外最好用黑布包裹，减小反射光干扰；3. 在靠近棱镜与波导的耦合点附近，由于散射光特别强，传输线显得又粗又

27、亮。这显然不能真实反映波导内部光场强度，因此最好用黑纸条将这一部分遮起来。思考题光波导传输损耗有哪些因素引起的？七、渐变光波导折射率轮廓的测量实验目的1 了解分析转移矩阵（ATM）方法原理；2 掌握测量渐变光波导有效折射率的实验方法；3 用逆分析转移矩阵（IATM）方法确定折射率分布。实验原理平板波导的分析转移矩阵（ATM）方法，从完全不同于WKB 近似的路径出发，对于任意的折射率分布均能给出物理意义清晰，而且数值结果精确的色散方程。我们从分析转移矩阵（ATM）方法出发，提出了一种逆分析转移矩阵（IATM）方法，用于拟合任意分布的渐变折射率光波导。对几种典型的折射率分布的分析表明，IATM 方

28、法具有极高的精确度。1 分析转移矩阵(ATM)方法Fig.1. 渐变平板波导折射率分布对图1 所示的任意折射率分布的平板波导，把它划分成间隔为x 的小块平板波导，若x 0 ，则x x + x 之间的平板波导可视作折射率为n(x) 的均匀平板波导，然后利用分析转移矩阵方法，可得模式本征方程： ( N=0，1， 2，3) (4.1)式中:为转折点,且有,为等效衰减系数, 为导模传播系数，为光波长，而子波的相位贡献为：上式中各参数的含义请参阅文献Zhuangqi Cao, et al; Opt. Soc. Am. A.,Vol.16, No.9 (1999)2209-2212。2 逆分析转移矩阵(I

29、ATM)方法原理我们从ATM 理论出发，来求解这一“逆”问题。所谓IATM 方法就是根据实验确定的模式有效折射率的值(m= 0,1,2.M) ，从分析转移矩阵方法出发，求光波导的折射率分布n(x) 。可认为相邻两个模式之间的折射率分布近似为线性，并且在最后一个转折点外为指数衰减的分布形式。即： m=0,1,2m-1 / (4.2)其中： 为衬底，M 为模式的个数，b 与 为待定参数，其数值可以通过在 处n 值连续以及它的一阶导数来确定。在x = 0 处的表面折射率也是未知的，这里直接利用外推方法来确定值。有关此种方法可参阅文献J. M. White, et al; Appl. Opt., Vo

30、l.15, No.4( 1976) 151-156.具体计算“逆”问题的步骤如下：1 通过实验测量获得波导中的具有m 个模式的有效折射率 。2 利用外推方法确定表面折射率，假设一组与有效折射率相对应的x 值 ，x 值的选取比较任意，一般选取递增的等差数列即可。因而我们获得了初始的折射率分布轮廓n(x) 。3 将获得的初始折射率分布轮廓n(x) 代入本征方程（4.1），求解得到新的一组x 值 和有效折射率值，并计算4 利用3 中获得的x 值 ，有效折射率不变仍为，将他们代入方程(4.2)，我们可以获得新的折射率分布轮廓n(x)5 重复计算3 和4，直到 值最小，即可得到最终的折射率分布轮廓n(x

31、)实验仪器半导体激光器、起偏器、探测器、 / 2 仪、计算机。实验内容1 渐变折射率平面光波导的制备用离子交换方法制备渐变折射率光波导，具体操作见附件。2 有效折射率测量的实验方法有效折射率的传统测量方法是采用m-line 方法。即通过用肉眼观察到m 线时记录下角度，即可计算得到有效折射率。但由于人眼误差较大，且对于一些m-line 不易被观察到的特殊情况（如波导损耗较大或光波波长较长等情况），m-line 方法就不大有效了。本实验中，样品被放置在旋转台上，用探测器测量反射光随入射角 的变化函数。通过反射曲线的骤减峰来判断导模的激发。实验光路布置如图2 所示。为了获得较为精密的实验数据，转台的

32、转速及数据采集都由计算机来控制。Fig.2 实验光路布置数据经计算机采集并分析之后能直接获得棱镜的耦合角。从而可以根据公式 计算导膜的有效折射率。测量软件的计算机界面如图5 所示：Fig.5 m-line 实验曲线具体操作本实验全部由软件控制，以下就软件控制实验过程说明如下：1 测量棱镜底角，底角一般为60 度。2 用自准法测定初始角。3 探测器对准反射光，开始扫描，根据要测量的模式角度的范围，选择正向还是反向。4 扫描m 线，得到图5 所示m 线，停止扫描后，在峰的位置单击，即可给出峰的角度。根据所选择正向，还是反向，计算模式对应的外角。 外角=60+正向角度 或 外角=60-反向角度5 根

33、据棱镜的底角，及测的外角计算棱镜内部的入射角，由棱镜的折射率可得有效折射率。拟合渐变光波导折射率分布拟合步骤框图：例：用棱镜耦合测量的渐变光波导TE 模的有效折射率如下表所示：根据上述拟合步骤得到的折射率分布曲线为右图。八、KL-260B光纤熔接机的使用和光纤的处理、切割与熔接实验光纤接续的方法有：熔接、活动连接、机械连接三种。在工程中大都采用熔接法。采用这种熔接方法的接点损耗小，反射损耗大，可靠性高。任何线缆都会遇到长度不合适的问题，光纤也是如此，这时候就需要对光纤进行裁剪了。并且光纤在户外传输时都是一股的，而连接到局端就需要将里头的线芯分开连接，这时也需要对光纤进行熔接。因此可以说熔接工作

34、用到的地方还是不少的，使用了光纤就必定会有熔接问题。实验目的：1、 掌握光纤熔接机的性能及使用方法；2、掌握光纤的剥离技巧。3、能用光纤熔接机将两根光纤准确地对准、正确的熔接实验仪器：KL-260B光纤熔接机、KL-21高精度切割刀、光纤剥线钳(fiberoptic stripper)、光纤两根、热缩管、加热炉、冷却托盘实验原理光纤熔接为把两个光纤或双绞线通过熔接机把它们连接起来进行数据传输，熔接机的两项功能：准确地对准两根光纤的纤芯，然后把它们熔接在一起，形成一根无缝的长光纤。熔接机里的两个电极产生了一个把光纤熔在一起的高压电，即大家熟知的电弧。这个电弧的温度通常在1,600和1,700之间

35、实验内容一、熟悉熔接机的结构和使用方法。1. 适用范围单模和多模石英玻璃光纤。光纤外径125m(标准)，被覆层外径0.21.5mm，裸纤长度16mm左右。2连接电源KL-260B熔接机可以使用交流电源、外接直流电源和内置电池三种供电方式.二、制作光纤端面。光纤端面制作的好坏将直接影响接续质量，所以在熔接前一定要做好合格的端面。用专用的剥线钳剥去涂覆层，再用沾酒精的清洁棉在裸纤上擦拭几次，用力要适度，然后用精密光纤切割刀切割光纤，必须切开光纤并切出一个小于1度的面，这样两根光纤的端面才能相互一致。对0.25mm（外涂层）光纤，切割长度为8mm-16mm，对0.9mm（外涂层）光纤，切割长度只能是

36、16mm。三、熔接工作熔接前的准备工作1 检查电极1> 确认没有安放光纤，两放电电极被完好安放。2> 连接好电源后开机，使熔接机正常初始化。3> 肉眼观察放电电极，要求尖部没有明显损伤。4> 通过放电来检查电极尖部在放电时状况，步骤如下：a> 按压“MENU”键，进入一级参数菜单。b> 按压“ ”或“ ”键使光标箭头“”指向“维护”项。c> 按压“ENT”键，进入维护菜单。d> 按压“ ”或“ ”键使光标箭头“”指向“电弧位置”项，然后按压“ENT”键，使熔接机放电。e> 如果确认正常，则可按压”MENU”键，依次退出菜单。 注意：主要检查

37、放电程序的预熔和熔接电流是否有效（正常情况下1016mA）2、熔接前的准备工作i.安装热缩保护管将热缩套管套在一根待熔接光纤上，以备熔接后保护接点，详见图四(a)2.制作光纤端面1>用光纤剥皮钳剥去光纤被覆层约40100mm，用干净酒精棉球擦去裸光纤上的污物，图四(b)。2>用高精度光纤切割器将裸光纤切去一段，保留裸纤16mm. 如图四(c)所示3切割后光纤端面侧视图光纤端面的质量对接点损耗有很大影响， 所以应尽量使该端面为一平面，且该平面与光纤横截面的倾角小于°。在图五中(a)为好端面，可以进行熔接。(b)(f)为不合格端面，应重新制做。4、熔接光纤i.选择合适的熔接程

38、序对不同的环境、不同种类的光纤，可根据熔接状况，来改变放电程序和参数，以达到最佳的熔接效果。 ii.安装光纤1 按“RESET”键使光纤大压板复位，监视器显示“请安放光纤”。2 将切好端面的光纤放入型载纤槽，光纤端面不能触到型载纤槽底部，详见下图六(a)(b)。3 按1、2正确操作后，放下光纤大压板，盖上防风罩，光纤安放完成。此时显示屏上应显示图七所示图象，要求两光纤径向距离小于光纤半径，以便于左右两光纤调整对齐。如果左右光纤径向距离过大，超出熔接机的调整范围，机器将不能正常熔接。此时，应重放光纤或用专用工具清除型槽内的异物（见10.4）4、熔接情况及措施按下“AUTO”键或“TEST”键后，

39、可能出现的情况及其处理措施见表二。若表二中没有您遇到的现象，参见<附录A熟练使用KL180>。l 注意：1> 为了保证接续指标，用户应尽可能地将“端面设置”的值设小一些5、自动熔接及损耗估算进行熔接机自动熔接的具体步骤如下：1检查确认“熔接光纤”项选择正确。2制做光纤端面。3掀起防风罩及光纤大压板，安装光纤。4盖下防风罩，按“AUTO”键，熔接机进入全自动工作过程：自动清洁光纤、检查端面、设定间隙、纤芯准直、放电熔接和接点损耗估算等过程，最后将接点损耗估算值显示在监视屏幕 上6、如出现“左/右端面不良”或者“重装光纤”信息，熔接机停止工作，等待处理。此时需重做光纤端面或者按表

40、二要求进行处理。7、熔接质量评估熔接质量是通过熔接损耗估算值、熔接外形及熔接过程来判断的，只有三者结合起来，才能给出接点客观的评价。8、张力测试KL系列自动熔接机提供了进行熔接点张力测试的功能。如果您不希望进行张力测试，则可在取出熔接好的光纤后直接按压“RESET”键使系统复位，也可在开机时不开启“张力测试”9、熔接点的保护i.取出熔接好的光纤依次打开防风罩、左右光纤压板，小心取出接好的光纤，避免碰到电极。ii. 移放热缩管将事先装套在光纤上的热缩管小心地移到光纤接点处，使两光纤被覆层留在热缩管中的长度基本相等，见图 (a)。iii. 加热热缩管加热热缩管的具体过程如下：1> 将加热器的

41、盖板打开，将热缩管放入加热器中。2> 按压“HEAT”键，加热指示灯亮,即开始给热缩管加热。3> 到设定加热时间后，加热指示灯灭自动停止加热。4> 稍等片刻待热缩管稍凉有一定硬度后，取出收缩好的保护管，接点保护即告完成。以下图（a）、八（b）为良好例，而（c）为不良例。如果出现如（c）所示情形，应重新制作接头并检查热缩管内及裸纤上有无灰尘后再进行加热。思考题1、接续时产生气泡原因是什么？如何解决方法是什么？ 。答：解决方法：增加“预熔时间”值，如果不充分可试增加“预熔时间”值。2、熔接好的光纤的损耗多大？九、OSM- 400UV/VIS光纤频谱仪使用和测量汞灯的谱线实验实验目

42、的：1、学会光谱仪的使用2、掌握用光纤光谱仪测量光谱的方法实验仪器：OSM- 400UV/VIS光谱仪、带有光源的测量厚度的探头、光纤光缆一根(400 µm, NA 0.22)、钥匙、低压汞灯或钠灯的谱线实验原理：光束进入光学过滤器并被有效传输至光谱仪。一旦进入光谱仪，则从光学过滤器发出的发散光束就会被一个球形镜校准使变成平行光束。平行光束经过平面光栅衍射，所产生的衍射光聚焦到第二个球形镜。光谱图象投射到一个一维线性CCD阵列，其数据将通过一个A/D转换器传输到计算机。实验内容：一、OSM- 400UV/VIS光纤频谱仪使用熟练OSM-Analyst软件的使用6、 按图连接测量装置图

43、：用光纤连接好光谱仪7、 给汞灯通电。8、 等汞灯发光稳定后，测量汞灯光谱，读取数据。十、硅基涂覆薄膜的制作实验目的1、了解KW4A型匀胶机结构、使用方法和注意事项；2、了解溶胶凝胶法制备薄膜的基本原理，3、掌握甩胶法制备薄膜的具体方法实验仪器YC7124单相电容启动电动机、2XZ-1型旋片式真空泵、DB-A型不锈钢电热板、KW4A 型匀胶机、KQ-100旋台式超声波清洗器、涂胶液、抛光硅片。实验原理匀胶机(英文名:Spin Coater)，又称甩胶机、匀胶台、旋转涂胶机、旋转涂膜机、旋转涂层机、旋转涂布机、旋转薄膜机、旋转涂覆仪、旋转涂膜仪、匀膜机，主要应用于溶胶凝胶（Sol-Gel）实验中

44、的薄膜制作，其工作原理是高速旋转基片，利用离心力使滴在基片上的胶液均匀的涂在基片上，厚度视不同胶液和基片间的粘滞系数而不同，也和旋转速度及时间有关。实验内容一、熟悉匀胶机的结构和使用大方法。1 POWER：电源开关,控制220/110伏电源的通断。2 三位LED 显示器：显示转速，显示数字×1000 即为转速，例显示7.50即为7500 转/分。3 Timer定时钮：调节低速运转时间，调节范围为218秒。4 Timer定时钮：调节高速运转时间，调节范围为060秒。5 Speed转速调节钮：调节低速转速，本钮使用精密电位器，故调节精度很高。6 Speed转速调节钮：调节高速转速，本钮也

45、使用精密电位器。7 Speed运转指示灯：低速运转时亮。8 Speed运转指示灯：高速运转时亮。9 START：启动钮,用于启动匀胶机。10 VACUUM：吸片开关,按下时吸住片托上的片子。为避免操作上的错误，“VACUUM”键对“CONTROL”键具有联锁功能，不吸片则电机不转。运转时“吸片”键抬起后则匀胶机就停止运转。11 吸片指示灯：按下“VACUUM”键后亮。12 CONTROL：在启动后，定时时间未到，须立即停止而又不能停止吸片，此时只要抬起该键便可停止匀胶。13 控制指示灯：按下“CONTROL”键后亮。14 盛胶器:本盛胶器表面涂特氟隆，故盛胶器很易清洗。15 保险管座：用于放置

46、保险管，保险管规格为5×201A只准使用同规格的保险管。16 电源插座：用于插入电源线。17 排气嘴：接排气系统，以排出盛胶器内可能存在的有害气体。如果确认试剂无害，可以不用。18 吸气嘴：用于连接真空气泵，吸附样品。二、 安装：将本机放置于平稳的工作台上，取出随机附件中的电源线，按图1.2插好电源线，然后再插入吸气管即可。三、硅片的制作大小合适，边缘平滑，一面抛光无损伤的硅片。四、硅片的清洗和烘干1硅片，先用超声波清洗器。主要用于出去表面尘埃。2将洗净的硅片放在不锈钢电热板烘干五、操作步骤：(操作流程图)注释：注1 选择片托要略小于被镀物质尺寸，将缺口对准限位螺钉，片托安装时一定要

47、到底。注2 （2）为图1.1中元件代号,以下类同可参见图1.1、图1.2。注3 Speed 为低速转速调节钮；Speed 为高速转速调节钮；Timer 为低速运转时间调节钮；Timer 为高速运转时间调节钮。注4 若运转后发现片子未放正，可抬起“CONTROL”键使电机停转，然后放正。注5 （7）灯亮为低速运转；（8）灯亮为高速运转六、匀胶结束后抬起“VACUUM”键（11）取下硅片后，放在不锈钢电热板烘干。附： 注意事项：1. 每次开机前要注意将“控制”、“吸片”键（见图1.1、1.2）抬起，以避免未启动时电机即转；2. 不同片子选用不同规格的片托，片子不能小于片托外形尺寸，否则，一是漏气，

48、二是胶会通过片托上的吸气槽吸到光电盘吸气孔，抽气室及抽气管道，长期使用发生堵塞；3. 匀胶机在使用后要注意清洗，避免胶将抽气孔堵塞，清洗方法是：取下片托和盛胶器进行清洗，然后再装上即可；4. 按下“吸气”键应听到电磁阀的动作声，如果有噪声可反复按此键即可消除；5. 本机一旦出现故障或异常情况请立即切断电源。6. 本机无吸气和电机连锁装置，在气路堵塞或气泵损坏时电机也可运转产生飞片，故在启动电机前须确认吸片确已吸住。思考题在实验中甩胶时为什么要先低速运行，后高速运行？2、你使如何调节合适的匀胶时间(Timer、Timer)和速度(Speed、Speed)以达到理想的效果？3、旋片式真空泵在使用时

49、应该注意什么？十一、URE-2000/17型紫外光刻机的使用和微细图形的加工实验目的1、了解URE-2000/17型紫外光刻机的结构2、掌握URE-2000/17型紫外光刻机的使用；3、学习和掌握紫外线接触曝光光刻法的原理和工艺流程实验仪器URE-2000/17型紫外光刻机、器皿器件、10%浓度的NaOH溶液、硅片、掩模板、热吹风 实验原理光刻技术类似于照片的印相技术，所不同的是，相纸上有感光材料，而硅片上的感光材料-光刻胶是通过旋涂技术在工艺中后加工的。光刻掩模相当于照相底片，一定的波长的光线通过这个“底片”，在光刻胶上形成与掩模版（光罩）图形相反的感光区，然后进行显影、定影、坚膜等步骤，在

50、光刻胶膜上有的区域被溶解掉，有的区域保留下来，形成了版图图形。光刻是加工集成电路微图形结构的关键工艺技术，是集成电路制造过程中最复杂和最关键的工艺之一。光刻工艺利用光敏的抗蚀涂层(光刻胶)发生光化学反应，结合刻蚀的方法把掩膜版图形复制到圆硅片上，为后序的掺杂、薄膜等工艺做好准备。实验内容熟悉URE-2000/17型紫外光刻机的结构和使用大方法。URE-2000/17型紫外光刻机的主要特点是：灯源采用200W直流高压汞灯，曝光波长使用365nm，曝光面积100mm。对准采用双目双视场对准显微镜，对准显微镜有三对目镜和三对物镜可以互换，组合后最大倍数为400倍。对准物镜轴距可在30mm-80mm之

51、间变化。在目镜中可单独观察到一个视场的像，也可同时观测到两个视场的像。机器由单片机系统控制，通过主机上的控制面板进行操作。工件台可带动掩模样片一起作X、Y整体运动（关掉工件台真空），也可把X、Y整体运动锁紧（打开工件台真空）。样片相对于掩模可作X、Y、Z、六维运动，其中X、Y、Z、通过手轮调节，分别通过球气浮调节。共有2.5英寸、3英寸、4英寸、5英寸四种掩模吸盘。二、操作步骤1 开机准备（1）.供给机器的电源配电插座应有220伏的供电能力，在总电源插头插上后，机柜已通电。（2）.开启空气压缩机和真空泵，要求：真空度高于-0.06Mpa。2 开机正常工作时，先按“汞灯电源”按钮，启辉汞灯。汞灯

52、点燃10分钟后才能稳定。按下“控制电源”按钮，控制电源打开，几秒钟后面板上的“复位”键指示灯亮，曝光时间显示默认值“0060.0”，表明控制系统工作正常。3 上片将样片放到承片台上，打开“小硅片”气动开关，样片被吸紧，反时针旋转曝光间隙调节手轮，使样片低于掩模面；将掩模放到掩模吸盘上，按“掩模”按钮（指示灯亮），掩模被吸紧。4 调平按“气浮”按钮（指示灯亮），顺时针旋曝光间隙调节手轮直至样片与掩模贴紧，再按“气浮”按钮（指示灯灭），球气浮被锁紧，样片被调平，在球气浮被锁紧的过程中掩模和样片间会分离一定的间隙，可直接进行对准。5 曝光时间设定按下“设定”键，指示灯亮，同时曝光时间显示的百位数字闪烁，可按“+”、“-”键对曝光时间的第一位数调整，调整好后，再次按设定（SET）键可进行下一位数字调整，当调整完最后一位时，再按“设定”键，退出“时间剂量”设定，按“时间”键，可进行曝光操作（倒计时曝光）。曝光过程中，显示窗显示曝光状态的倒计时。6 显微镜对准调节 一般来说调平完成被锁紧后（关“气浮”），掩模和样片间存在一定的间隙，可直接进行对准，但如果调平顶紧的力过大或过小，则调平完成被锁紧后，对准