Karakterisering van SiN Integrated Optical Phased Arrays op een wafer-scale teststation

Om fotonische geïntegreerde schakelingen te ontwikkelen die zijn gebouwd op silicium, hebben we een karakteriseringsmethode nodig die snel, geautomatiseerd en op de waferschaal is. Ons protocol stelt ons in staat om onze beam-steering circuits op de wafer te evalueren met behulp van een licht gewijzigd proberstation, dat is een standaard stuk van apparatuur in de micro-elektronica-industrie. Als we de procedure aantonen, hebben we Sylvain Guerber, een post-doc onderzoeker van ons laboratorium.

Om te beginnen laadt u de wafer op uw sondestation. Om de vezels uit te lijnen, gebruik een lichte microscoop om de vezel zorgvuldig te verlagen totdat het het waferoppervlak raakt, weg van de input rooster koppeling, voordat u de vezel ongeveer 20 micrometer. Om de lichtintensiteit bij de uitgangsroosters te maximaliseren, begint u met het vegen van de vezelpositie over de optische gefaseerde array input rooster koppeling.

Het licht dat op de optische gefaseerde arrayuitgangen wordt afgesloten, moet zichtbaar zijn op de afbeelding. Wanneer het licht wordt waargenomen van de optische gefaseerde array antennes, pas de polarisatie aan om de lichtintensiteit te maximaliseren bij de uitgang roosters, zorg ervoor dat elke beweging of trilling van de input vezel te voorkomen. Voor OPA-uitgangsbeeldvorming schakelt u over op de sensor voor de beeldvorming in het verre veld en past u zowel de belichtingstijd van de sensor als de laserkracht zorgvuldig aan, zodat de OPA-uitgang duidelijk zichtbaar is op de camera, maar de straal verzadigt de sensor niet.

Bedek indien nodig de installatie, zodat het achtergrondlicht het beeld van de optische gefaseerde matrixstraal niet verstoort. Als u de reflecties wilt blokkeren, plaatst u een sterk reflecterend blad tussen de reflectie en de camera. Een OPA is per definitie uiterst gevoelig voor fasevariatie.

Daarom moeten alle bronnen van geluiden worden onderdrukt, met inbegrip van input fiber trillingen, polarisatie instabiliteiten, en parasitair licht. Om straalbesturing in twee richtingen uit te voeren, sluit u eerst het elektrische circuit voor de faseregeling aan op een multichannel elektrische sonde en gebruikt u de microscoop om de pinnen van de elektrische sonde aan te sluiten op de metalen contactpads van het optische circuit. Schakel vervolgens over naar de verre veldsensor om de uitvoer in beeld te brengen.

Als u de parallelle emissiehoek theta wilt selecteren met behulp van het schakelnetwerk, moet u het beeld van het verre veld van de uitgang observeren terwijl de spanningen worden variërend die worden toegepast op faseshifters bij de ringresonators. Met de juiste spanning toegepast op elke resonator, zal een ander gebied op de sensor worden verlicht, wat overeenkomt met een bepaalde theta waarde. Als u de orthogonale emissiehoekphi wilt selecteren door de optische gefaseerde arrayfasen te optimaliseren, selecteert u een klein pixelgebied dat overeenkomt met de gewenste phihoek die moet worden verlicht met een gerichte uitgangsstraal en verschuift u de fase van een van de optische gefaseerde arraykanalen in kleine stappen.

Na elke verschuiving registreert u de integraal van de helderheid in het pixelgebied binnen en buiten het geselecteerde gebied en berekent u de verhouding van het binnenlicht gedeeld door het buitenlicht. Na een volledige faseverschuivingscyclus tussen nul en twee pi, past u de faseverschuiving toe met de hoogste geregistreerde helderheidsverhouding. Schakel vervolgens over naar het volgende kanaal en herhaal de vorige stappen totdat het optimalisatieproces in verzadigde en een gerichte uitvoerstraal zichtbaar is.

Als u de uitvoerstraal naar een andere phi-hoek wilt sturen, selecteert u een nieuw pixelgebied en herhaalt u het optimalisatieproces. Zodra de optimalisatie is uitgevoerd voor verschillende output phi hoeken, kan de balk worden gestuurd. Om de bundel divergentie beeld, optimaliseren van de positie van de input vezel en het opnemen van het beeld van de OPA-uitgang in het verre veld.

Zorg ervoor dat ten minste twee duidelijke interferentie maxima zichtbaar zijn en gebruik het uitlijningssysteem om de wafer te verplaatsen om het volgende apparaat uit te lijnen op de input vezel. Met behulp van precisie positioners, licht van een vezel is in staat om efficiënt te worden gekoppeld aan de geïntegreerde optische circuit om een hoge intensiteit output bundel te verkrijgen. Het gebruik van een multichannel sonde maakt het mogelijk om alle elektrische aansluitingen tegelijkertijd te maken.

Met behulp van een optimalisatiealgoritme kan een mooi gevormde balk worden verkregen op de phi-toegang. Het gebruik van een ring-gebaseerde schakelaar maakt de juiste selectie van een emissiehoek en de theta richting. Zodra de OPA is gekalibreerd, kan de straal willekeurig worden gestuurd in beide afmetingen en het stuurbereik en de bundel divergentie, de belangrijkste cijfers van verdienste in een OPA, kan nauwkeurig worden gekarakteriseerd.

Het is essentieel, zoveel mogelijk, om alle elektronische, mechanische of optische instabiliteiten tijdens de kalibratieprocedure te elimineren. Zodra bevredigende circuits zijn geïdentificeerd en gekalibreerd, kunnen we ze integreren met de andere delen van het LIDAR-systeem, om een aantal rudimentaire speciale beeldvorming uit te voeren.