ウェーハスケール試験場におけるSiN統合光フェーズドアレイの特性評価

シリコン上に構築されたフォトニック集積回路を開発するには、高速で自動化されたウエハースケールでの特性評価方法が必要です。当社のプロトコルにより、マイクロエレクトロニクス業界の標準的な機器である軽く改造されたプローブステーションを使用して、ウエハ上のビームステアリング回路を評価することができます。この手順を実証し、私たちの研究室のポストドック研究者であるシルヴァン・ゲルバーがいました。

まず、プローブステーションにウエハーをロードします。繊維を整列させるには、光顕微鏡を使用して、約20マイクロメートル上に繊維を移動する前に、入力格子カプラから離れて、ウエハ表面に触れるまで慎重に繊維を下げます。出力グレーティングで光強度を最大にするために、光相取りアレイ入力格子カプラ上で光の位置をスイープし始めます。

光位相取りアレイ出力グレーティングで発光する光は、画像に表示されるはずです。光位相取りアレイアンテナから光が観測される場合は、偏光を調整して出力格子での光強度を最大にし、入力ファイバの動きや振動を避けるように注意してください。OPA出力イメージングの場合は、遠視野撮像センサーに切り替え、OPA出力がカメラにはっきりと見えるようにセンサーとレーザーパワーの両方の露光時間を慎重に調整しますが、ビームはセンサーを飽和させません。

必要に応じて、光位の光が光相取アレイビームからの画像に干渉しないように、セットアップをカバーします。反射をブロックするには、反射とカメラの間に反射シートを配置します。OPA は、定義上、位相変動に対して非常に敏感です。

したがって、入力繊維振動、偏光の不安定性、寄生光など、すべてのノイズ源を抑制する必要があります。ビームステアリングを2方向に実行するには、まず位相制御用の電気回路をマルチチャンネル電気プローブに接続し、顕微鏡を使用して電気プローブのピンを光回路の金属接点パッドに接続します。次に、遠視野センサに切り替えて出力を画像化します。

スイッチングネットワークを使用して平行発光角度θを選択するには、リング共振器の位相シフタに印加される電圧を変化させながら、出力の遠視野画像を観察します。各共振器に正しい電圧が印加されると、センサ上の異なる領域が照らされ、特定のテタ値に対応します。光学フェーズドアレイ位相を最適化して直交発光角度phiを選択するには、焦点を合わせた出力ビームで照らされるべき望ましいphi角度に対応する小さなピクセル領域を選択し、光相配列チャネルの1つの位相を少しずつずらします。

各シフトの後、選択した領域の内側と外側のピクセル領域の明るさの積分を記録し、外光で割った内側の光の比率を計算します。ゼロと2 πの間の全位シフトサイクルの後、記録された輝度の比率が最も高い位相シフトを適用します。次に、次のチャンネルに切り替え、最適化プロセスが飽和状態で、フォーカスのある出力ビームが見えるまで、前の手順を繰り返します。

出力ビームを異なる phi 角度に導くには、新しいピクセル領域を選択し、最適化プロセスを繰り返します。最適化がいくつかの出力phi角度に対して実行されると、ビームを操縦することができます。ビーム発散をイメージするには、入力ファイバの位置を最適化し、遠視野にOPA出力の画像を記録します。

少なくとも 2 つの明確な干渉マキシマが見えるようにし、アライメント システムを使用してウェハを移動し、次のデバイスを入力ファイバーに位置合わせします。精密ポジショナを使用して、光ファイバからの光を集積光回路に効率的に結合して高強度出力ビームを得ることができます。マルチチャンネルプローブを使用すると、すべての電気接続を同時に行うことができます。

最適化アルゴリズムを使用して、ピアクセスでうまく整形したビームを得ることができます。リングベースのスイッチを使用することで、発光角度とθ方向を適切に選択できます。OPAが較正されると、ビームは、次元とステアリング範囲とビーム発散の両方で任意に操縦することができ、OPAにおけるメリットの主な数字は、正確に特徴付けることができる。

キャリブレーション手順中に電子的、機械的、または光学的な不安定性を排除することは、可能な限り不可欠です。満足のいく回路が特定され、較正されたら、LIDARシステムの他の部分と統合して、いくつかの初歩的な特別なイメージングを行うことができます。