【光电集成】硅光芯片耦合——如何快速进行质量检测？

今日光电 2023-09-04 18:00

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背景

硅光是以光子和电子为信息载体的硅基电子大规模集成技术，能够突破传统电子芯片的极限性能，是5G通信、大数据、人工智能、物联网等新型产业的基础支撑。光纤到硅基耦合是芯片设计十分重要的一环，耦合质量决定着集成硅光芯片上光信号和外部信号互联质量。耦合过程中最困难的地方在于两者光模式尺寸不匹配，硅光芯片中光模式约为几百纳米，而光纤中则为几个微米，几何尺寸上巨大差异造成模场的严重失配。准确测量耦合位置质量及硅光芯片内部链路情况，对硅光芯片设计和生产都变得十分有意义。

光纤微裂纹诊断仪（OLI）对硅光芯片耦合质量和内部裂纹损伤检测非常有优势，以亚毫米级别的空间分辨率精准探测到光链路中每个事件节点，具有灵敏度高、定位精准、稳定性高、简单易用等特点，是硅光芯片检测的不二选择。

OLI测试硅光芯片耦合连接处质量

使用OLI测量硅光芯片耦合连接处质量，分别测试正常和异常样品，图1为硅光芯片耦合连接处实物图。

图1 硅光芯片耦合连接处实物图

OLI测试结果如图2所示，图2（a）为耦合正常样品，图2（b）为耦合异常样品。从图中可以看出第一个峰值为光纤到硅基波导耦合处反射，第二个峰值为硅基波导到空气处反射，对比两幅图可以看出耦合正常的回损约为-61dB，耦合异常，耦合处回损较大，约为-42dB，可以通过耦合处回损值来判断耦合质量。

（a）耦合正常样品

（b）耦合异常样品

图2 OLI测试耦合连接处结果

OLI测试硅光芯片内部裂纹

使用OLI测量硅光芯片内部情况，分别测试正常和内部有裂纹样品，图3为耦合硅光芯片实物图。

图3 耦合硅光芯片实物图

OLI测试结果如图4所示，图4（a）为正常样品，图中第一个峰值为光纤到波导耦合处反射，第二个峰值为连接处到硅光芯片反射，第三个峰为硅光芯片到空气反射；图4（b）为内部有裂纹样品，相较于正常样品，在硅光芯片内部多出一个峰值，为内部裂纹表现出的反射。使用OLI能精准测试出硅光芯片内部裂纹反射和位置信息。