8/29/2024，光纖在線訊，在上一期中，我們討論了硅光集成面臨的挑戰(zhàn)之一，即硅光耦合的困難，并介紹了Santec光器件鏈路分析儀SPA-100在實(shí)現(xiàn)高精度定位方面的應(yīng)用。

     本期我們將進(jìn)一步探討光子集成的另一個(gè)挑戰(zhàn)：對(duì)集成器件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析以及進(jìn)行失效分析。

     光子集成芯片（PIC）是一種集成了兩個(gè)或更多的光子元件的微芯片。目前，行業(yè)內(nèi)眾多創(chuàng)新型企業(yè)正致力于在不同材料平臺(tái)上開(kāi)發(fā)各類(lèi)集成芯片，包括被廣泛認(rèn)為具有高度通用性的磷化銦（InP）、氮化硅（SiN）以及硅基光電子（SiPh）。

     在任一平臺(tái)的研發(fā)過(guò)程中，科學(xué)家和研發(fā)人員都需要將實(shí)際制造出來(lái)的芯片與原始設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)照，以便于進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升產(chǎn)品性能和生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)的基于OTDR技術(shù)的鏈路分析技術(shù)無(wú)法滿足微米級(jí)精度的測(cè)試需求。Santec 的SPA-100為行業(yè)專(zhuān)業(yè)人士提供了精確的分析解決方案。

     本期，我們將分享一個(gè)使用SPA-100進(jìn)行集成光子器件測(cè)試的實(shí)際案例。

      
光子集成器件結(jié)構(gòu)分析
     分析一個(gè)0.42m的光纖耦合到光學(xué)相位陣列(OPA) 的器件結(jié)構(gòu)，我們需要測(cè)量器件內(nèi)不同材料的群折射率并和設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比。OPA 結(jié)構(gòu)包含分路器：（A）五個(gè)基于SiN的分路器；（B）一個(gè)32路基于低損耗的Si波導(dǎo)制作的相位分路器；以及（C）一個(gè)光柵耦合器，對(duì)應(yīng)每路波導(dǎo)輸出端。

   
     從下圖中可以看出，A區(qū)內(nèi)反射事件對(duì)應(yīng)的是分路器的結(jié)構(gòu)，并且觀察到B區(qū)部分的背向反射水平比變低，這意味著B(niǎo)區(qū)材料有更低損耗的以更小的反射。光柵發(fā)射器和分路器結(jié)構(gòu)是同一種材料，因此表現(xiàn)出和A區(qū)分路器相當(dāng)?shù)姆瓷渌�平�?

  
     結(jié)合分路器的構(gòu)造及其設(shè)計(jì)原理，能夠識(shí)別出每一個(gè)獨(dú)立分路器的結(jié)構(gòu)。利用測(cè)量的位置信息和已知的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度信息，進(jìn)一步測(cè)量各個(gè)器件之間的具體距離。由此，就可以計(jì)算出這段材料的的群折射率。結(jié)合分路器的長(zhǎng)度信息，可以計(jì)算出分路器的群體參數(shù)為2.025。同理，通過(guò)這種方法，我們也可以計(jì)算出相移器件的群折射率為3.478。

      
     得益于SPA-100卓越的5um分辨率特性，我們得以精確測(cè)量光子波導(dǎo)的群折射率。針對(duì)硅光集成中的OPA器件，能夠在實(shí)際測(cè)量長(zhǎng)度和理論設(shè)計(jì)長(zhǎng)度之間進(jìn)行比較分析。

     憑借SPA-100的多功能特性和多次測(cè)量以獲得的平均結(jié)果，可以達(dá)到群折射率測(cè)試精度小于1%。對(duì)于SiN材料，測(cè)量群折射率為2.025，與仿真值2.029相比，差別小于1%；對(duì)于具有低損耗特性的相移器材料，測(cè)量群折射率為3.7478，與仿真值3.768相比，同樣差別小于1%。這種高精度的測(cè)量結(jié)果為光子集成器件的性能驗(yàn)證和優(yōu)化提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。

     光器件鏈路分析儀SPA-100將在9月11日至13日的深圳CIOE2024展會(huì)上展出。誠(chéng)邀蒞臨Santec 展位10A52，了解更多測(cè)試解決方案。