棱镜耦合自动测试系统设计

邹林儿，王国日，范定环

（南昌大学 物理系，江西 南昌 330031）

棱镜耦合技术是测试波导薄膜材料折射率和厚度的最精确技术之一，广泛地应用在导波光学、集成光学、表面等离子等领域中。考虑到手动调节的精确性和在可见光内人眼判别导波模式的主观性，基于棱镜耦合技术原理，本文设计了一套能自动完成测试的系统，该系统主要包括下位机软硬件和上位机软件等。下位机主要负责根据上位机的设置的工作方式精确定位及采集相应位置的光强度数据，并将这些数据发送给上位机，由上位机软件完成对数据的分析处理、保存、图形显示等功能。上位机软件使用微软公司的Visual C++ 6.0编程工具并应用C++语言编程完成；下位机由基于51单片机程控的I/V转换程控放大电路、步进电机细分驱动控制电路、数据采集电路、串口通信接口等电路组成。本系统具备成本低、精度高、自动化程度高等特点，能较好地完成高精度定位、光电数据采集等实验任务，同时适用于不可见光波段内测量。

1 棱镜耦合技术原理及系统概述

棱镜耦合技术由ULRICH R和TORGE R在1973年提出[1]，其原理如图1所示。若在波导层上放置一块高折射率的棱镜，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，在空气隙中将产生迅衰场，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。耦合波导的同步条件为：