Caracterización de arreglos ópticos por fases integrados de SiN en una estación de prueba de escala de obleas

Para desarrollar circuitos integrados fotónicos basados en silicio, necesitamos un método de caracterización rápido, automatizado y a escala de oblea. Nuestro protocolo nos permite evaluar nuestros circuitos de dirección de haz en la oblea utilizando una estación de prober ligeramente modificada, que es una pieza estándar de equipo en la industria de la microelectrónica. Demostrando el procedimiento, tenemos a Sylvain Guerber, un investigador post-doc de nuestro laboratorio.

Para empezar, cargue la oblea en la estación de sonda. Para alinear las fibras, utilice un microscopio de luz para bajar cuidadosamente la fibra hasta que toque la superficie de la oblea, lejos del acoplador de rejilla de entrada, antes de mover la fibra hacia arriba unos 20 micrómetros. Para maximizar la intensidad de la luz en las rejillas de salida, comience a barrer la posición de la fibra sobre el acoplador óptico de rejilla de matriz por fases.

La luz que sale en las rejillas de salida de la matriz por fases óptica debe ser visible en la imagen. Cuando se observe luz desde las antenas ópticas de matriz por fases, ajuste la polarización para maximizar la intensidad de la luz en las rejillas de salida, teniendo cuidado de evitar cualquier movimiento o vibración de la fibra de entrada. Para las imágenes de salida OPA, cambie al sensor de imágenes de campo lejano y ajuste cuidadosamente tanto el tiempo de exposición del sensor como la potencia láser de tal manera que la salida OPA sea claramente visible en la cámara, pero el haz no satura el sensor.

Si es necesario, cubra la configuración, de modo que la luz de fondo no interfiera con la imagen del haz óptico de matriz por fases. Para bloquear los reflejos, coloque una hoja altamente reflectante entre el reflejo y la cámara. Un OPA es, por definición, extremadamente sensible a la variación de fase.

Por lo tanto, todas las fuentes de ruido deben suprimirse, incluidas las vibraciones de la fibra de entrada, las inestabilidades de polarización y la luz parasitaria. Para realizar la dirección del haz en dos direcciones, conecte primero el circuito eléctrico para el control de fase a una sonda eléctrica multicanal y utilice el microscopio para conectar los pines de la sonda eléctrica a las almohadillas de contacto metálicas del circuito óptico. A continuación, cambie al sensor de campo lejano para poner la imagen de la salida.

Para seleccionar el angulo de emisión paralelo theta utilizando la red de conmutación, observe la imagen de campo lejano de la salida mientras varía los voltajes aplicados a los cambiadores de fase en los resonadores de anillo. Con el voltaje correcto aplicado a cada resonador, se iluminará un área diferente en el sensor, correspondiente a un cierto valor theta. Para seleccionar el ángulo de emisión ortogonal phi optimizando las fases ópticas de la matriz por fases, seleccione un área de píxeles pequeña correspondiente al ángulo phi deseado que se debe iluminar con un haz de salida enfocado y cambie la fase de uno de los canales ópticos de matriz por fases en pequeños incrementos.

Después de cada turno, registre la integral del brillo en el área de píxeles dentro y fuera del área seleccionada, y calcule la relación de la luz interior dividida por la luz exterior. Después de un ciclo de desplazamiento de fase completo entre cero y dos pi, aplique el cambio de fase con la relación de brillo más alta registrada. A continuación, cambie al siguiente canal y repita los pasos anteriores hasta que el proceso de optimización esté saturado y un haz de salida enfocado sea visible.

Para dirigir el haz de salida a un ángulo phi diferente, seleccione un nuevo área de píxeles y repita el proceso de optimización. Una vez realizada la optimización para varios ángulos phi de salida, la viga se puede dirigir. Para imaginar la divergencia del haz, optimice la posición de la fibra de entrada y registre la imagen de la salida OPA en el campo lejano.

Asegúrese de que al menos dos máximos de interferencia claras sean visibles y utilice el sistema de alineación para mover la oblea para alinear el siguiente dispositivo con la fibra de entrada. Usando posicionadores de precisión, la luz de una fibra es capaz de acoplarse eficientemente al circuito óptico integrado para obtener un haz de salida de alta intensidad. El uso de una sonda multicanal permite realizar todas las conexiones eléctricas simultáneamente.

Usando un algoritmo de optimización, se puede obtener un haz bien formado en el acceso phi. El uso de un interruptor basado en anillo permite la selección adecuada de un ángulo de emisión y la dirección theta. Una vez calibrado el OPA, el haz se puede dirigir arbitrariamente en ambas dimensiones y el rango de dirección y la divergencia del haz, las principales figuras de mérito en un OPA, se pueden caracterizar con precisión.

Es esencial, en la medida de lo posible, eliminar cualquier inestabilidad electrónica, mecánica u óptica durante el procedimiento de calibración. Una vez que se han identificado y calibrado circuitos satisfactorios, podemos integrarlos con las otras partes del sistema LIDAR, para realizar algunas imágenes especiales rudimentarias.