片上微環(huán)諧振腔的損耗特征關系到整個器件的光學性能，傳統(tǒng)的透射表征方法容易受到片上其他器件的干擾，當測量超高Q值的微環(huán)時，光譜儀分辨率不足將會嚴重影響測量結(jié)果的準確性。使用OCI系統(tǒng)，通過背向表征方法，可準確、方便地提取微環(huán)的傳播損耗和自由光譜范圍等特征。
由于微環(huán)的尺寸較小、損耗較低，光在其內(nèi)部環(huán)繞傳播時間很久，通過探測傳播過程中每個位置的回波信號，可以提取環(huán)內(nèi)的損耗性質(zhì)。
測試原理如圖1所示。表征的微環(huán)是一個Ge摻雜型的二氧化硅微環(huán)，半徑為1600μm，芯區(qū)的折射率為1.48，包層折射率為1.44左右，微環(huán)的界面尺寸為4μm*4μm。
圖1. 測試系統(tǒng)實驗裝置示意圖
將OCI系統(tǒng)接入微環(huán)器件，設置掃描的波長范圍與微環(huán)的工作波長范圍重合，進行約80nm掃頻范圍的測試。
第一次寬譜掃描的結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯觯m然微環(huán)腔的環(huán)波導周長不到1cm，整個芯片從頭至尾的長度也只有約1.5cm，但是在距離域上測得了將近2m的傳播路徑，這就是耦合入微腔的諧振光在微腔內(nèi)進行環(huán)繞傳播的距離。
從OCI系統(tǒng)耦合入微腔的光，其相對的信號強度從約-100dB衰減至-130dB，最終在約6.5m的距離處淹沒于OCI系統(tǒng)的本底噪聲之中。
圖2. 微環(huán)內(nèi)的距離域傳播特征
利用OCI系統(tǒng)的頻域表征模塊，得到了環(huán)內(nèi)傳播的諧振光距離域信息，也就是從4.5m到約6.5m的區(qū)域，由于我們的掃頻范圍包括了微腔的很多諧振頻率，所以這一段曲線實際上是所有諧振光貢獻的總和。
根據(jù)光頻域反射原理，選取距離域上的任意一段路徑，對這段曲線進行反傅里葉變換（iFFT）算法處理，得出此段路徑的OFDR頻率響應，結(jié)果如圖3所示。
圖3. 微環(huán)的頻率響應
最后，對諧振腔的距離域譜線進行了擬合測量。為了驗證該表征技術(shù)的準確性，制備了3個不同耦合長度（L）的微環(huán)，分別被命名為微環(huán)A (L=600μm)、微環(huán)B (L=400μm)和微環(huán)C (L=200μm)，其傳播損耗測量結(jié)果如圖4所示。
圖4. 三種耦合長度微腔的距離域傳播特征
通過曲線分析，可以求出它們的損耗值分別為-7.8dB/m、-7.0dB/m和-5.1dB/m。反映了隨著耦合長度的減小，微環(huán)與耦合直波導的耦合強度會相應地減小，使得光在微環(huán)中每繞一周的傳播損耗降低。
綜上所述，利用OCI系統(tǒng)表征微環(huán)器件，可以方便地獲得光在微環(huán)中的距離域傳播曲線，通過譜線分析，可以準確地提取微環(huán)的頻率響應和傳播損耗特征。該技術(shù)還可以推廣到其他各類光學微腔的表征實驗中，特別是超高Q值微腔的表征，理論上Q值越高，OCI系統(tǒng)的距離域的采集點會越多，測量反而會更容易，說明該系統(tǒng)具有較高的應用前景和推廣價值。
