晶圆级试验站上SiN集成光学相控阵列的特性

为了开发基于硅的光子集成电路，我们需要一种快速、自动化且具有晶圆规模的表征方法。我们的协议允许我们使用轻轻修改的探测站来评估晶圆上的光束转向电路，该探测站是微电子行业的标准设备。演示这个程序，我们有西尔万·盖尔伯，一个来自我们实验室的博士后研究员。

首先，将晶圆加载到探头站上。要对齐光纤，请使用光学显微镜小心地降低光纤，直到它接触晶圆表面，远离输入光栅对子，然后再将光纤向上移动约 20 微米。为了最大限度地提高输出光栅的光强，请开始在光学相控阵输入光栅连接器上扫除光纤位置。

光学相位阵输出光栅处的光应在图像上可见。当从光学相控阵天线观测到光时，调整极化以最大限度地提高输出光栅的光强，注意避免输入光纤的任何移动或振动。对于 OPA 输出成像，切换到远场成像传感器并仔细调整传感器的曝光时间和激光功率，使 OPA 输出在相机上清晰可见，但光束不会使传感器饱和。

如有必要，请覆盖设置，以便背景光不会干扰来自光学相控阵光束的图像。要阻止反射，请将高度反射的纸张放在反射和摄像机之间。根据定义，OPA 对相位变化极其敏感。

因此，必须抑制所有噪声源，包括输入光纤振动、极化不稳定和寄生光。要执行两个方向的光束转向，首先将相位控制的电路连接到多通道电探头，并使用显微镜将电探针的引脚连接到光学电路的金属接触垫。然后，切换到远场传感器以成像输出。

要使用开关网络选择平行发射角度，请观察输出的远场图像，同时改变对环形振子的相位移位器施加的电压。对每个振子施加正确的电压后，传感器上的不同区域将被照亮，与一定的电量值相对应。要通过优化光学相位阵相位来选择正交发射角度 phi，请选择与所需 phi 角度对应的小像素区域，该区域应用聚焦输出光束照明，然后以小增量移动其中一个光学相位阵通道的相位。

每次移位后，记录选定区域内外像素区域中的亮度积分，并计算内部光除以外部光的比例。在零和两个 pi 之间的全相移周期后，应用记录亮度比率最高的相移。然后，切换到下一个通道并重复前面的步骤，直到在饱和和聚焦输出光束中的优化过程可见。

要将输出光束引导至不同的 phi 角度，请选择新的像素区域并重复优化过程。一旦对多个输出 phi 角度进行了优化，就可以引导光束。要对光束发散进行成像，请优化输入光纤的位置，并在远场记录 OPA 输出的图像。

确保至少两个清晰的干扰最大值可见，并使用对齐系统移动晶圆以将下一个器件与输入光纤对齐。使用精密定位器，光纤中的光能够有效地耦合到集成电路中，以获得高强度输出光束。使用多通道探头可以同时进行所有电气连接。

使用优化算法，可以在 phi 访问上获得形状漂亮的光束。使用基于环的开关可以正确选择发射角度和方向。一旦OPA被校准，光束可以任意转向两个尺寸和转向范围和光束发散，在OPA的主要优点数字，可以准确地描述。

在校准过程中，尽可能消除任何电子、机械或光学不稳定至关重要。一旦确定和校准了令人满意的电路，我们就可以将它们与激光雷达系统的其他部分集成，以执行一些基本的特殊成像。