Caractérisation des tableaux intégrés de phase optique de SiN sur une station d’essai à l’échelle des gaufrettes

Pour développer des circuits intégrés photoniques construits sur du silicium, nous avons besoin d’une méthode de caractérisation rapide, automatisée et à l’échelle des plaquettes. Notre protocole nous permet d’évaluer nos circuits de direction de faisceau sur la plaquette à l’aide d’une station de prober légèrement modifiée, qui est une pièce d’équipement standard dans l’industrie de la micro-électronique. Pour démontrer la procédure, nous avons Sylvain Guerber, un chercheur post-doc de notre laboratoire.

Pour commencer, chargez la plaquette sur votre station de sonde. Pour aligner les fibres, utilisez un microscope léger pour abaisser soigneusement la fibre jusqu’à ce qu’elle touche la surface de la gaufrette, loin du coupler de grille d’entrée, avant de déplacer la fibre vers le haut d’environ 20 micromètres. Pour maximiser l’intensité lumineuse des grilles de sortie, commencez à balayer la position de la fibre au-dessus du coupler de grille d’entrée de réseau optique progressivement.

La lumière sortant des grilles de sortie optiques progressives du réseau doit être visible sur l’image. Lorsque la lumière est observée à partir des antennes optiques à réseau progressivement, ajuster la polarisation pour maximiser l’intensité lumineuse aux grilles de sortie, en prenant soin d’éviter tout mouvement ou vibration de la fibre d’entrée. Pour l’imagerie de sortie OPA, passez au capteur d’imagerie à champ lointain et ajustez soigneusement le temps d’exposition du capteur et la puissance laser de manière à ce que la sortie OPA soit clairement visible sur la caméra, mais le faisceau ne sature pas le capteur.

Si nécessaire, couvrez la configuration, de sorte que la lumière de fond n’interfère pas avec l’image du faisceau optique de réseau progressivement. Pour bloquer les reflets, placez une feuille très réfléchissante entre la réflexion et la caméra. Une OEO est par définition extrêmement sensible à la variation de phase.

Par conséquent, toutes les sources de bruits doivent être supprimées, y compris les vibrations des fibres d’entrée, les instabilités de polarisation et la lumière parasitaire. Pour effectuer la direction du faisceau dans deux directions, connectez d’abord le circuit électrique pour le contrôle de phase à une sonde électrique multicanal et utilisez le microscope pour connecter les broches de la sonde électrique aux plaquettes de contact métalliques du circuit optique. Ensuite, passez au capteur de champ lointain pour l’image de la sortie.

Pour sélectionner l’angle d’émission parallèle theta à l’aide du réseau de commutation, observez l’image de champ éloigné de la sortie tout en variant les tensions appliquées aux décalages de phase aux résonateurs d’anneau. Avec la tension correcte appliquée à chaque résonateur, une zone différente sur le capteur sera éclairée, correspondant à une certaine valeur theta. Pour sélectionner l’angle d’émission orthogonal phi en optimisant les phases optiques progressives du tableau, sélectionnez une petite zone pixel correspondant à l’angle phi désiré qui doit être éclairée par un faisceau de sortie focalisé et déplacez la phase de l’un des canaux optiques de réseau par étapes par petites incréments.

Après chaque quart de travail, enregistrez l’intégrale de la luminosité dans la zone pixel à l’intérieur et à l’extérieur de la zone sélectionnée, et calculez le rapport de la lumière intérieure divisée par la lumière extérieure. Après un cycle de décalage de phase complet entre zéro et deux pi, appliquez le décalage de phase avec le rapport de luminosité enregistré le plus élevé. Ensuite, passez au canal suivant et répétez les étapes précédentes jusqu’à ce que le processus d’optimisation en saturé et un faisceau de sortie focalisé soit visible.

Pour diriger le faisceau de sortie vers un angle phi différent, sélectionnez une nouvelle zone pixel et répétez le processus d’optimisation. Une fois que l’optimisation a été effectuée pour plusieurs angles de sortie phi, le faisceau peut être dirigé. Pour imager la divergence de faisceau, optimisez la position de la fibre d’entrée et enregistrez l’image de la sortie OPA dans le champ lointain.

Assurez-vous qu’au moins deux maxima d’interférences claires sont visibles et utilisez le système d’alignement pour déplacer la plaquette pour aligner le dispositif suivant sur la fibre d’entrée. À l’aide de positionnistes de précision, la lumière d’une fibre est capable d’être couplée efficacement au circuit optique intégré pour obtenir un faisceau de sortie de haute intensité. L’utilisation d’une sonde multicanal permet de faire toutes les connexions électriques simultanément.

À l’aide d’un algorithme d’optimisation, un faisceau bien formé peut être obtenu sur l’accès phi. L’utilisation d’un interrupteur à base d’anneau permet la sélection appropriée d’un angle d’émission et la direction theta. Une fois que l’OEO a été calibré, le faisceau peut être dirigé arbitrairement dans les deux dimensions et la portée de direction et la divergence de faisceau, les principales figures de mérite dans un OEO, peuvent être caractérisées avec précision.

Il est essentiel, autant que possible, d’éliminer toute instabilité électronique, mécanique ou optique pendant la procédure d’étalonnage. Une fois que les circuits satisfaisants ont été identifiés et calibrés, nous pouvons les intégrer avec les autres parties du système LIDAR, pour effectuer une imagerie spéciale rudimentaire.