Caratterizzazione degli array ottici integrati sin sin su una stazione di test su scala Wafer

Per sviluppare circuiti integrati fotonici costruiti sul silicio, abbiamo bisogno di un metodo di caratterizzazione veloce, automatizzato e su scala wafer. Il nostro protocollo ci consente di valutare i nostri circuiti beam-steering sul wafer utilizzando una stazione prober leggermente modificata, che è un'apparecchiatura standard nel settore della microelettronica. A dimostrare la procedura, abbiamo Sylvain Guerber, un ricercatore post-doc del nostro laboratorio.

Per iniziare, caricare il wafer sulla stazione della sonda. Per allineare le fibre, utilizzare un microscopio leggero per abbassare attentamente la fibra fino a tocchi la superficie del wafer, lontano dall'accoppiatore di griglia di ingresso, prima di spostare la fibra verso l'alto di circa 20 micrometri. Per massimizzare l'intensità della luce alle griglie di uscita, iniziare a spazzare la posizione della fibra sull'accoppiatore di griglia di ingresso phased array ottico.

La luce che esce alle griglie di uscita phased array ottico dovrebbe essere visibile sull'immagine. Quando la luce viene osservata dalle antenne ottiche phased array, regolare la polarizzazione per massimizzare l'intensità della luce alle griglie di uscita, facendo attenzione ad evitare qualsiasi movimento o vibrazione della fibra di ingresso. Per l'imaging in uscita OPA, passare al sensore di imaging a campo lontano e regolare attentamente sia il tempo di esposizione del sensore che la potenza laser in modo tale che l'uscita OPA sia chiaramente visibile sulla fotocamera, ma il fascio non satura il sensore.

Se necessario, coprire la configurazione, in modo che la luce di sfondo non interferisca con l'immagine dal fascio ottico phased array. Per bloccare i riflessi, posizionare un foglio altamente riflettente tra il riflesso e la fotocamera. Un OPA è per definizione estremamente sensibile alla variazione di fase.

Pertanto, tutte le fonti di rumore devono essere soppresse, incluse le vibrazioni della fibra di ingresso, le instabilità di polarizzazione e la luce parassita. Per eseguire lo sterzo a fascio in due direzioni, collegare prima il circuito elettrico per il controllo di fase a una sonda elettrica multicanale e utilizzare il microscopio per collegare i perni della sonda elettrica ai cuscinetti di contatto metallici del circuito ottico. Quindi, passare al sensore di campo lontano per l'immagine dell'output.

Per selezionare l'angolo di emissione parallelo theta utilizzando la rete di commutazione, osservare l'immagine di campo lontano dell'uscita variando le tensioni applicate ai parafase ai risonatori ad anello. Con la tensione corretta applicata a ciascun risuonatore, verrà illuminata un'area diversa sul sensore, corrispondente a un certo valore theta. Per selezionare l'angolo di emissione ortogonale phi ottimizzando le fasi ottiche phased array, selezionare una piccola area di pixel corrispondente all'angolo phi desiderato che dovrebbe essere illuminato con un fascio di uscita focalizzato e spostare la fase di uno dei canali ottici phased array in piccoli incrementi.

Dopo ogni spostamento, registrare l'integrale della luminosità nell'area dei pixel all'interno e all'esterno dell'area selezionata e calcolare il rapporto della luce interna divisa per la luce esterna. Dopo un ciclo di spostamento di fase completo tra zero e due pi greco, applicare lo spostamento di fase con il più alto rapporto di luminosità registrato. Quindi, passare al canale successivo e ripetere i passaggi precedenti fino a quando il processo di ottimizzazione in saturo e un fascio di uscita focalizzato è visibile.

Per guidare il fascio di uscita verso un diverso angolo phi, selezionate una nuova area pixel e ripetete il processo di ottimizzazione. Una volta eseguita l'ottimizzazione per diversi angoli phi di uscita, il fascio può essere guidato. Per registrare la divergenza del fascio, ottimizzare la posizione della fibra di ingresso e registrare l'immagine dell'uscita OPA nel campo lontano.

Assicurarsi che siano visibili almeno due massimi di interferenza chiari e utilizzare il sistema di allineamento per spostare il wafer per allineare il dispositivo successivo alla fibra di ingresso. Utilizzando posizionatori di precisione, la luce proveniente da una fibra è in grado di essere accoppiata in modo efficiente al circuito ottico integrato per ottenere un fascio di uscita ad alta intensità. L'uso di una sonda multicanale consente di eseguire tutti i collegamenti elettrici contemporaneamente.

Utilizzando un algoritmo di ottimizzazione, un fascio ben sagomato può essere ottenuto sull'accesso phi. L'uso di un interruttore ad anello consente la corretta selezione di un angolo di emissione e della direzione theta. Una volta calibrata l'OPA, il fascio può essere guidato arbitrariamente in entrambe le dimensioni e il campo di sterzata e la divergenza del fascio, le principali figure di merito in un OPA, possono essere accuratamente caratterizzati.

È essenziale, per quanto possibile, eliminare eventuali instabilità elettroniche, meccaniche o ottiche durante la procedura di calibrazione. Una volta identificati e calibrati circuiti soddisfacenti, possiamo integrarli con le altre parti del sistema LIDAR, per eseguire alcune immagini speciali rudimentali.