Gofret Ölçekli Test İstasyonunda SiN Entegre Optik Fazlı Dizilerin Karakterizasyonu
1 Nisan 2020
Burada optik fazlı diziler içeren bir SiN entegre fotonik devrenin çalışmasını anlatıyoruz. Devreler yakın kızılötesi düşük sapma lazer ışınları yontmak ve iki boyutlu yönlendirmek için kullanılır.
Silikon üzerine kurulu fotonik entegre devreler geliştirmek için hızlı, otomatik ve gofret ölçeğinde bir karakterizasyon yöntemine ihtiyacımız var. Protokolümüz, mikro-elektronik endüstrisinde standart bir ekipman parçası olan hafif modifiye edilmiş bir prob istasyonu kullanarak ışın-direksiyon devrelerimizi gofret üzerinde değerlendirmemize olanak sağlar. Prosedürü gösteriyor, sylvain Guerber var, laboratuarımızdan doktora sonrası araştırmacı.
Başlamak için, sonda istasyonunuzun gofret yükleyin. Lifleri hizalamak için, yaklaşık 20 mikrometre yukarı fiber hareket etmeden önce, giriş ızgara beyit uzak, gofret yüzeyine dokunan kadar dikkatlice lif düşürmek için bir ışık mikroskop kullanın. Çıkış ızgaralarında ışık yoğunluğunu en üst düzeye çıkarmak için, fiber konumunu optik fazlı dizi giriş ızgara sıyrık layıcısı üzerinde süpürmeye başlayın.
Optik fazlı dizi çıkış ızgaralarında çıkan ışık görüntüde görünür olmalıdır. Optik fazlı dizi antenlerinden ışık gözlemlendiğinde, giriş lifinin herhangi bir hareket veya titreşimini önlemek için çıkış ızgaralarında ışık yoğunluğunu en üst düzeye çıkarmak için polarizasyonu ayarlayın. OPA çıkış görüntüleme için, uzak alan görüntüleme sensörüne geçin ve hem sensörün pozlama süresini hem de lazer gücünü, OPA çıkışının kamerada açıkça görülebilecek şekilde dikkatlice ayarlayın, ancak ışın sensörü doygunlaştırmıyor.
Gerekirse, arka plan ışığının optik fazlı dizi ışınından görüntüye müdahale etmemesi için kurulumu kapatın. Yansımaları engellemek için, yansıma ve kamera arasına son derece yansıtıcı bir sayfa yerleştirin. OPA tanımı gereği faz değişimine karşı son derece hassastır.
Bu nedenle, giriş lif titreşimleri, polarizasyon kararsızlıkları ve parazitik ışık da dahil olmak üzere tüm gürültü kaynakları bastırılmalıdır. Kiriş direksiyonu iki yönde gerçekleştirmek için, faz kontrolü için elektrik devresini önce çok kanallı bir elektrik probuna bağlayın ve elektrik probu pimlerini optik devrenin metal temas pedlerine bağlamak için mikroskobu kullanın. Ardından, çıkışı görüntülemek için uzak alan sensörüne geçin.
Anahtarlama ağını kullanarak paralel emisyon açısı tetasını seçmek için, halka rezonatörlerinde faz kaydırıcılarına uygulanan gerilimleri değiştirirken çıktının uzak alan görüntüsünü gözlemleyin. Her rezonatöre uygulanan doğru voltajla, sensör üzerindeki farklı bir alan, belirli bir teta değerine karşılık gelen şekilde aydınlatılacaktır. Optik fazlı dizi fazlarını optimize ederek ortogonal emisyon açısı phi'sini seçmek için, odaklanmış bir çıkış Demeti ile aydınlatılması gereken istenilen phi açısına karşılık gelen küçük bir piksel alanı seçin ve optik fazlı dizi kanallarından birinin fazını küçük artışlarla kaydırın.
Her vardiyadan sonra, seçilen alanın içindeki ve dışındaki piksel alanındaki parlaklığın integralini kaydedin ve dış ışığa bölünmüş iç ışığın oranını hesaplayın. Sıfır ve iki pi arasında tam faz kayması döngüsünden sonra, kaydedilen en yüksek parlaklık oranı ile faz kayması uygulayın. Daha sonra, bir sonraki kanala geçin ve doymuş ve odaklanmış bir çıkış demeti görünür optimizasyon işlemi kadar önceki adımları tekrarlayın.
Çıkış ışınını farklı bir phi açısına yönlendirmek için yeni bir piksel alanı seçin ve optimizasyon işlemini tekrarlayın. Birkaç çıkış phi açıları için optimizasyon yapıldıktan sonra, ışın yönlendirilebilir. Işın ıraksamasını görüntülemek için giriş lifinin konumunu optimize edin ve uzak alandaki OPA çıkışının görüntüsünü kaydedin.
En az iki net girişim maxima görünür olduğundan emin olun ve giriş fiber sonraki cihaz hizalamak için gofret taşımak için hizalama sistemini kullanın. Hassas konumlandırıcılar kullanılarak, bir fiberden gelen ışık, yüksek yoğunluklu çıkış ışını elde etmek için entegre optik devreyle verimli bir şekilde birleştirilebilir. Çok kanallı bir prob kullanımı, tüm elektrik bağlantılarının aynı anda yapılmasını sağlar.
Bir optimizasyon algoritması kullanılarak, phi erişiminde güzel şekilli bir ışın elde edilebilir. Halka tabanlı bir anahtarın kullanılması, emisyon açısının ve teta yönünün doğru şekilde seçilmesini sağlar. OPA kalibre edildikten sonra, Kiriş keyfi hem boyutlarda yönlendirilebilir ve direksiyon aralığı ve ışın divergence, bir OPA liyakat ana rakamlar, doğru karakterize edilebilir.
Kalibrasyon işlemi sırasında elektronik, mekanik veya optik kararsızlıkları ortadan kaldırmak mümkün olduğunca önemlidir. Tatmin edici devreler tespit edilip kalibre edildikten sonra, bazı temel özel görüntüleme gerçekleştirmek için, LIDAR sisteminin diğer bölümleri ile entegre edebilirsiniz.
Genel Bakış
Bu makale, optik fazlı dizilere sahip silikon nitrür (SiN) entegre bir fotonik devrenin çalışmasını açıklamaktadır. Bu devreler, yakın kızılötesi bölgede düşük diverjanslı lazer ışınları yaymak ve iki boyutlu ışın yönlendirmesi sağlamak için tasarlanmıştır.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Entegre fotonik
- Optik fazlı diziler
- Hüzme yönlendirme teknolojisi
Arka Plan
- Fotonik entegre devreler, gelişmiş optik uygulamalar için temel öneme sahiptir.
- Karakterizasyon yöntemlerinin, wafer ölçekli değerlendirme için hızlı ve otomatik olması gerekir.
- Mikroelektronik endüstrisindeki standart ekipmanlar bu amaçla adapte edilebilir.
- Doğru ölçümler için gürültü ve kararsızlıkların minimize edilmesi kritik öneme sahiptir.
Çalışmanın Amacı
- Hüzme yönlendirme devreleri için bir karakterizasyon protokolü geliştirmek.
- Prosedürü standart bir prob istasyonu kullanarak göstermek.
- Çıkış hüzmesinin yoğunluğunu ve ıraksamasını optimize etmek.
Kullanılan Yöntemler
- Wafer üzerindeki fiber hizalaması için ışık mikroskobu kullanımı.
- Çıkış ızgaralarındaki ışık yoğunluğunu maksimize etmek için polarizasyonun ayarlanması.
- Çıkış ışınlarını görselleştirmek için uzak alan görüntüleme yönteminin uygulanması.
- Faz kontrol bağlantıları için çok kanallı bir elektrik probunun kullanılması.
Temel Sonuçlar
- İki boyutta ışın yönlendirmesinin başarıyla gösterilmesi.
- Faz ayarlamaları aracılığıyla çıkış ışını yoğunluğunun optimizasyonu.
- Elde edilen yönlendirme aralığının ve ışın diverjansının karakterizasyonu.
- Kalibre edilmiş devrelerin görüntüleme için LIDAR sistemleriyle entegrasyonu.
Sonuçlar
- Geliştirilen protokol, fotonik devrelerin verimli bir şekilde değerlendirilmesine olanak tanır.
- Hassas kalibrasyon için kararsızlıkların giderilmesi esastır.
- Sonuçlar, optik haberleşme teknolojilerindeki gelişmelere katkı sağlamaktadır.
Sıkça Sorulan Sorular
Yönetici Endüstriyel İlgililik
Bu çalışma, silikon nitrür entegre optik fazlı diziler için wafer ölçeğinde bir karakterizasyon yöntemi sunarak, huzme yönlendirme özellikli fotonik devrelerin hızlı ve otomatik değerlendirilmesine olanak tanır. Yaklaşım, farklı çipler arasındaki fabrikasyon varyasyonlarının yüksek kapasiteli taranmasını destekleyerek, sonraki entegrasyon aşamaları için yüksek performanslı cihazların tanımlanmasını kolaylaştırır. Standart mikroelektronik prob istasyonlarından yararlanan bu protokol; LIDAR ve serbest uzay optik iletişim sistemleri için kritik öneme sahip olan optik fazlı dizi performansının değerlendirilmesi için ölçeklenebilir ve endüstriyle uyumlu bir yol sunar.
Biyofarma Ar-Ge'sinde Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Bilimsel Değer: Kontrollü faz girişleri altında ışın yönlendirme ve ıraksamanın doğrudan ölçümü yoluyla fotonik devre tasarım hipotezlerinin sorgulanmasına olanak tanır.
- Operasyonel Değer: Cihaz işlevselliğini değerlendirmek için kantitatif ve tekrarlanabilir çıktılar sağlayarak fotonik bileşen seçimindeki karar süreçlerini destekler.
Tarama ve Assay Geliştirme
- Bilimsel Değer: Optik faz dizisi performansının analiz benzeri değerlendirmesi için kantitatif çıktılar olarak standartlaştırılmış uzak alan ışın profilleri ve yönlendirme tepki eğrileri oluşturur.
- Operasyonel Değer: Bir wafer üzerindeki birden fazla cihazın paralel olarak test edilmesini sağlayarak, erken aşama fotonik tarama kampanyalarında verimliliği ve istatistiksel gücü artırır.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Bilimsel Değer: Gerçekçi çalışma koşulları altında temel performans metriklerini (ışın ıraksaması, yönlendirme aralığı) karakterize ederek fotonik entegre devrelerin risklerinin azaltılmasını destekler.
- Operasyonel Değer: Devre performansını LIDAR veya algılama sistemlerine entegre etmeden önce doğrulayarak, keşif aşamasından preklinik entegrasyona kadar olan sürecin sürekliliğini kolaylaştırır.
İş Hattı ve İş Akışı Entegrasyonu
Bu yöntem, fotonik keşif sürekliliğine uyum sağlayarak fabrikasyon sonrası hızlı değerlendirmeye olanak tanır ve cihazın geliştirilmesinden entegrasyona ve sistem düzeyindeki testlere kadar olan süreçteki kararları bilgilendirir.
- Keşif Biyolojisi: Ölçülebilir ışın çıkış özellikleri aracılığıyla fotonik tasarım parametrelerinin (örneğin kanal sayısı, dalga kılavuzu tekdüzeliği) hipotez testlerini destekler.
- Tarama: İşlem varyasyonları genelinde cihaz performansını karşılaştırmak için analize hazır, kantitatif ışın görüntüleme ve faz optimizasyon verileri sağlar.
- Analitik: Karşılaştırmalı analiz ve öngörücü modelleme için ışın ıraksaması, yönlendirme açısı ve yoğunluk tekdüzeliği gibi çıkarılabilir metrikler sunar.
- Translasyonel Araştırma: Kalibre edilmiş devrelerin LIDAR entegrasyonu için performans eşiklerini karşıladığını doğrulayarak preklinik süreklilik sağlar.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Yinelemeli fotonik tasarım ve işlem optimizasyonu için yeniden kullanılabilir, wafer ölçekli bir karakterizasyon platformu oluşturur.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Faz kontrol girişlerini deterministik ışın yönlendirme çıktılarına bağlayarak fotonik devre işlevindeki öngörü güvenilirliğini artırır.
- Operasyonel Değer: Endüstri standardı prob istasyonları kullanılarak yapılan otomasyon uyumlu wafer ölçekli testler aracılığıyla tekrarlanabilirliği ve verimliliği artırır.
- Stratejik Değer: Yüksek verimli ve yüksek performanslı fotonik zarların erken tespitini sağlayarak geç aşama entegrasyon riskini azaltır.
- Portföy Etkisi: Wafer'lar genelindeki üretim değişkenliğini ve performans dağılımını nicelendirerek riske göre ayarlanmış kaynak tahsisini destekler.
Uygulama Hususları
- Faz kontrolü için entegre fotonik, fiber optik kuplaj ve elektriksel probing konularında uzmanlık gerektirir.
- Wafer ölçekli bir prob istasyonuna, uzak alan görüntüleme sistemine ve polarizasyon kontrol donanımına erişime bağlıdır.
- Hizalama prosedürlerinin, faz optimizasyon protokollerinin ve ışın analiz metriklerinin ekipler arası standardizasyonunu gerektirir.
- Ölçümler sırasında mekanik titreşim, termal kayma ve giriş polarizasyon kararlılığı gibi çevresel hassasiyetler dikkate alınmalıdır.
- Performans doğrulaması yakın kızılötesi dalga boyları ve SiN tabanlı platformlarla sınırlıdır; diğer malzemelere veya dalga boylarına genişletilmesi yeniden doğrulama gerektirir.
Biyofarma SSS
Chapters in this video
0:05
Introduction
0:36
Optical Coupling: Fiber Alignment
1:25
Optical Coupling: Optical Phase Array (OPA) Output Imaging
2:14
Beam Optimization and Steering
4:05
Beam Divergence Measurement Imaging
4:30
Results: Representative Silicon Nitride (SiN) Integrated OPA Characterization
5:20
Conclusion
