CN107666350A - 用于表征光子器件的方法及相关联设备 - Google Patents

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Abstract

方法包括：接收光学输入信号(2)；根据具有已知实值的分离系数(K)将来自该输入信号的中间信号分离成至少一个第一子信号(21)和第二子信号(22)；将所述至少一个第一子信号(21)递送到至少一个第一光子电路(C1)，该至少一个第一光子电路包含待表征的该至少一个光子器件(4)、以及第一光子部分(50)；将所述第二子信号(22)递送到第二光子电路(C2)，所述第二光子电路包含具有与所述第一光子部分相同传递函数的第二光子部分并且没有所述至少一个光子器件(4)；将来自所述电路的输出信号转换成电信号；根据所述电信号并且根据该分离系数(K)的该已知实值来确定所述至少一个光子器件的损耗。

Description

用于表征光子器件的方法及相关联设备
技术领域
本发明的不同实施例及其实现方式涉及光子器件，以及尤其是允许表征光子器件以便例如确定其引发的光学损耗的测试电路。
背景技术
存在用于表征光子器件的装置，其中，两个完全相同的光学信号耦合至两个不同的光子电路的输入端，并且对来自这两个电路的光学输出信号进行对比。
然而，将例如光纤的光学信号从/向光子电路耦合可能是显著不确定性的来源。的确，光学信号的由于网络耦合器所导致的损耗非常依赖于光纤相对于耦合器的对准和倾角。
因此，难以在有待进行对比的这两个电路之间获得完全相同的输入和输出耦合，这使得难以表征光子器件。
发明内容
根据一个实施例，提供了一种用于表征光子器件的方法，该方法独立于光学输入信号的特性。
根据一个方面，提供了一种用于表征至少一个光子器件的方法，该方法包括
-接收光学输入信号，
-根据具有已知实值的分离系数将来自该输入信号的中间信号分离成至少一个第一子信号和第二子信号，
-将所述至少一个第一子信号递送到至少一个第一光子电路，该至少一个第一光子电路包含所述至少一个光子器件以及第一光子部分，
-将该第二子信号递送到第二光子电路，该第二光子电路包含具有与该第一光子部分相同传递函数的第二光子部分并且没有所述至少一个光子器件，
-将来自该电路的输出信号转换成电信号，
-根据所述电信号并且根据该分离系数的该已知实值来确定所述至少一个光子器件的光学损耗。
换言之，使用了单个光学输入信号，该单个光学输入信号允许避免实现若干光耦合，这允许一方面增益及时另一方面测量更加精确。
该中间信号可以是来自接收输入信号的光耦合器的信号或者是已经经受一次或多次光学分离的光信号，这允许对分离系数进行精确确定。
在此方面，根据一个实施例，对该中间信号的所述分离是在具有所述分离系数的分离器中执行的，该分离系数的实值等于至给定精度的已知理论值，该方法还包括
-经由第二分离器将来自该输入信号的第一信号第一次分离成第三子信号和第四子信号，
-经由第三分离器将该第四子信号第二次分离成第五子信号以及形成所述中间信号的第六子信号，该第一次和第二次分离是通过所述分离系数来施加的，
-将该第三和第五子信号转换成电信号，以及
-根据来自该第三和第五子信号的所述电信号确定该分离系数的所述实值。
换言之，在以完全相同的方式(换言之，在具有相同的分离系数的连续分离器中)执行分离的情况下，可以使用来自这两个分离器的输出信号的功率来精确地确定分离系数。
该方法还可以包括
-将该中间信号分离成若干子信号，
-将这些子信号中的一个信号传递至该第二电路，
-将其他子信号传递至多个分离电路，所述分离电路各自包含不同的光子器件和所述第一光子部分，
-将来自这些电路的输出信号转换成电信号，以及
-根据所述电信号并且根据该分离系数的实值来确定这些光子器件的光学损耗。
根据另一个方面，提供了一种用于表征至少一个光子器件的测试设备，该测试设备包括
-用于接收光学输入信号的器件，
-第一分离装置，所述第一分离装置被配置成用于根据具有已知实值的分离系数将来自所述输入信号的中间信号分离成至少一个第一子信号和第二子信号，
-至少一个第一电路，包含所述至少一个光子器件并且被配置成用于接收所述至少一个第一子信号，
-第二光子电路，该第二光子电路包含具有与该第一光子部分相同传递函数的第二光子部分并且没有所述至少一个器件，该第二光子电路被配置成用于接收搜索第二子信号，以及
-将来自这些电路的输出信号转换成电信号的装置，
根据一个实施例，该分离装置可以是光学分离器，该光学分离器具有所述分离系数，该分离系数的实值等于至给定精度的已知理论值，并且该设备还包括
-第二分离装置，该第二分离装置被配置成用于将来自该输入信号的第一信号分离成第三子信号和第四子信号，以及
-第三分离装置，所述第三分离装置被配置成用于将该第四子信号分离成第五子信号以及形成所述中间信号的第六子信号，该第二和第三分离装置具有所述分离系数，以及
-第二转换装置，该第二转换装置被配置成用于将该第三和第五子信号转换成电信号。
根据一个实施例，该设备可以包括多个电路，该多个电路各自包含不同的光子器件以及所述光子部分，并且第四分离装置于是可以被配置成用于
-将该中间信号分离成多个子信号，
-将这些信号之一传输至该第二光子电路，并且
-将其他子信号传输至包括光子器件的电路中的每个电路，
-该设备还包括被配置成用于将来自这些电路的输出信号转换成电信号的第二转换装置。
该设备还包括被配置成用于将来自这些电路的输出信号转换成电信号的第二转换装置。
该设备可以包括被设计成耦接至确定装置的多个输出端子，该确定装置被配置成用于根据所述电信号的功率并且根据该分离系数的已知实值确定所述至少一个光子器件的光学损耗。
根据另一个方面，提供了一种光子集成电路，该光子集成电路包括至少一个如之前所描述的测试设备。
该集成电路可以包括多个测试设备、第五分离装置，该第五分离装置被配置成用于将来自光学输入信号的第一信号分离成多个输入子信号并且用于将每个子信号传输至来自所述多个测试设备中的一个测试设备。
根据另一个方面，提供了一种测试结构，该测试结构包括至少一个如之前所描述的测试设备、以及确定装置，所述确定装置被配置成用于根据所述电信号的功率并且根据该分离系数的已知实值确定所述至少一个光子器件的光学损耗。
该确定装置可以被配置成用于根据来自该第三和第五子信号的电信号确定该分离系数的实值。
该确定装置可以被配置成用于基于来自包含光子器件的所述光子电路的所述电信号并且基于该分离系数的实值确定这些光子器件的光学损耗。
被包括在该结构中的所述至少一个测试设备可以合并在集成电路内。
附图说明
本发明的其他优点和特征可以根据检查本发明的非限制性实施例及其实现方式的详细说明书并且由附图而变得明显，在附图中：
-图1至图4展示了本发明的多个实施例以及其实现方式。
具体实施方式
图1是根据本发明的一个实施例合并测试设备DIS的测试结构STR的示意图示。这个测试设备可以布置在包括多个光子集成电路的半导体晶片上、在这些电路之间的划切间隙内或者在这些电路自身内部。这个测试设备于是与这些光子电路包括的不同光子器件同时制造。
测试设备DIS包括网络耦合器1，该网络耦合器被配置成用于接收光学输入信号2(例如，来自测试设备DIS外部的光纤的光信号)并且以第一光信号20的形式将其传输至设备。
网络耦合器1耦接至第一波导管G1，该第一波导管自身耦接至光学分离器3。光学分离器3可以常规地为绝热耦合器。
在这个实例中，分离器3具有0.9的理论值的分离系数K，换言之，被传输至分离器3的输入端的中间信号(在此为第一信号20)将被分离成第一子信号21(其功率等于第一信号20的功率的90％)和第二信号22(其功率等于第一信号20的功率的10％)。
应注意的是，在某些情况下，尤其由于制造方法，相对于光学分离器3的分离系数的理论值可能具有几％的量级的不精确度。然而，在这个实施例中，认为在分离系数方面的不精确度是零，并且在此，分离系数的实值等于其理论值。
第一子信号21例如经由连接在第一分离器3的第一输出端与第一电路C1的输入端之间的第二波导管G2传输至第一电路C1，并且第二子信号22经由连接在第一分离器3的第二输出端与第二电路C2的输入端之间的第三波导管G3传输至第二电路C2。
第一电路C1在此包括待测试的多个光子器件4，例如在此是以级联的方式布置在电路C1的输入端与输出端之间的呈条带形式的弯曲波导管(根据本领域技术人员公知的术语为‘带状波导管’)。这些弯曲波导管通过诸如‘肋形波导管’(根据术语)的非弯曲波导管5成对地连接。这些非弯曲波导管5在此形成第一光子部分50。
待测试的所有光子器件具有第一传递函数H1，并且第一光子部分具有第二传递函数H2。
因此，第一电路C1的传递函数等于第一传递函数与第二传递函数H2的乘积。
第二电路C2类似于第一电路C1，但是不包括待测试的器件4。因此，第二电路C2仅包括具有与第二传递函数H2完全相同的传递函数的第二光子部分。
这两个电路C1和C2的输出端耦接至光电二极管D1和D2，从而允许来自这些电路的输出信号转换成电信号。对分别来自第一电路C1和来自第二电路C2的输出功率PC1和PC2的确定因此是通过读取光电二极管的电流来执行的并且因此不需要任何光耦合。
结构STR还包括确定装置M，该确定装置耦接至测试设备、并且更具体地耦接至这些光电二极管的输出端、并且被配置成用于确定由于光子器件4而造成的损耗。确定装置在此例如是安装在计算机上的软件装置，并且该计算机可以例如借助于形成在设备上的电连接接线片(端子)来连接至光电二极管。
对由于这些光子器件4造成的损耗的确定是通过确定该多个光子器件4的第一传递函数H1来确定的。
更具体地，来自这两个电路C1和C2的输出功率PC1和PC2验证以下等式：
PC1＝PO*K*H1*H2
PC2＝PO*(1-K)*H2
其中，P0是第一信号20(或者在此是中间信号)的功率。
在此应注意的是，由波导管G1、G2和G3产生的损耗由于在通向第一电路C1的光学路径与通向第二电路C2的光学路径之间的小的差别而可以忽略不计。
因此，使用这两个等式，通过应用以下公式来获得该多个光子器件4的第一传递函数H1
获得第二电路的第一传递函数H1因此不取决于第一信号20，并且其因此不取决于输入信号2，而是仅取决于分离系数K以及来自电路C1和C2的输出功率PC1和PC2。
因此，对该多个光子器件4的第一传递函数H1的确定不取决于在光纤与耦合器1之间的耦接的任何潜在的不精确度。
此外，通过避免使用若干光学输入端和/或若干光学输出端，节省了在纤维与耦合器之间的对准方面花费的时间并且减小了在与这种对准的质量相关联的测量方面的不确定性。
而在刚刚描述的实施例中，认为分离系数的实值K是已知的，现在将参照图2描述允许对这个实值进行确定的实施例。
图2示意性地展示了本发明的一个实施例，其中，设备DIS还包括被布置在之前所描述并在图1中展示的器件上游的两个分离器6和7。在这个附图中并且在以下附图中，出于简化原因更加示意性地示出电路C1和C2。
在这个实施例中，分离器3、6和7的分离系数的理论值对于制造中的给定精度而言是已知的，换言之，其实值未知。
因为分离器3、6和7在半导体晶片上是靠近彼此形成的，所以这三者全部是完全相同。对于在从一个分离器到另一个分离器都完全相同的分离系数方面的不精确度同样如此。
因此，这些分离器的实际分离系数K对于每个分离器而言将是相同的，尽管其可以相对于其理论值略微变化。
第二分离器6的输入端连接至第一波导管G1，以便接收第一信号20。
因为第二分离器6与第一分离器3完全相同，其分离系数K对于给定精度也是0.9。
因此，第三子信号21(其功率等于第一信号20的功率的约10％)被传输至第四波导管G4，并且第四子信号22(其功率等于第一信号20的功率的约90％)被传输至第五波导管G5。
第三子信号和第四子信号的功率P21和P22因此验证以下等式
P21＝(1-K)*PO
P22＝K*PO
第四波导管G4连接至第三光电二极管D3，并且第五波导管G5连接至第三分离器7。
与第一分离器3完全相同的第三分离器7将信号划分成第五子信号23(其功率等于第四子信号22的功率的约10％)和第六子信号24(其功率等于第四子信号22的功率的约90％)。
第五子信号23借助于第六波导管G6传输至第四光电二极管D4，并且第六子信号24传输至第一光学分离器3。
在这个实施例中，第六子信号24形成由第一分离器3接收的中间信号。
第四子信号23和第五子信号24的功率P23和P24因此验证以下等式
P23＝(1-K)*P22＝K*(1-K)*PO
P24＝K*P22＝K2*PO
在此应注意的是，尽管系数K可以具有任何给定值，其必须被选择成一种方式使得到达设备的不同二极管的信号具有比所述二极管的灵敏度阈值更高的功率。
确定装置M在这个实施例中被配置成用于确定这些光学分离器的分离系数K。这尤其通过应用以下公式而可能
因此，通过读取连接至耦合器6和7的输出端的二极管D3和D4的电流，可以精确地确定光耦合器3、6和7的实际分离系数。在此，由于分离器的制造工艺而造成的不精确度因此不是因素。
第六子信号24(或在此为中间信号)随后根据之前描述的并在图1中展示的方法传输至第一光学分离器3、然后分离并传输至第一电路C1和第二电路C2。
因此，通过测量分离系数K的实值，获得了对该多个光子元件4的第一传递函数H1的精确确定。
图3展示了一个实施例，其中，设备DIS包括与分离器3、6和7完全相同的第四光学分离器8以及第三光子电路C3。
第三光子电路C3连接至第四分离器8的输出端，该第四分离器自身连接至第三分离器7的输出端，以便接收第七光学子信号25(或在此为中间信号)，该第七光学子信号的功率等于第六子信号24的功率的约10％。
第三电路C3包括以级联的方式布置在第三电路C3的输入端与输出端之间的待测试的多个第二光子器件，例如在此是呈条带形式的具有与第一电路C1的波导管4不同的曲率半径的弯曲波导管。这些弯曲波导管经由常规波导管5成对地连接，其方式使得第三电路C3具有类似于第一电路C1的布置，这些第二光子器件代替这些第一光子器件5。
第三电路C3的输出端连接至第五光电二极管D5，从而允许将来自第三电路C3的输出信号转换成电信号。
因此，第三电路C3的传递函数相当于对应该多个第二光子元件的第三传递函数H3与对应所有波导管5的第二传递函数H2的乘积。
来自第二电路和第三电路的输出功率PC2和PC3因此验证以下等式
PC2＝PO*(1-K)*K3*H2
PC3＝PO*K2(1-K)*H3*H2
因此，确定装置M通过应用以下公式确定第三传递函数H3
因此可以通过单个光耦合独立于输入信号的耦合不精确度来确定由于两种不同类型的光子器件造成的损耗。
因为在之前描述和在图1至图3中展示的设备独立于其输入信号的功率的值来运行，还可以设想(如在图4中所展示的)在同一电子芯片上制造多个测试设备DIS1、DIS2、DIS3，该多个测试设备的输入信号来自第五光学分离器10，该第五光学分离器被配置成用于接收第一信号20并且用于根据任何给定系数将该第一信号划分成多个子信号S1、S2、S3，每个子信号对应于这些设备DIS1、DIS2和DIS3之一的输入信号。
因此，可以在同一芯片上并且通过单个光耦合表征若干不同的光子器件，因此使表征更加精确和快速。

Claims (14)

1.一种用于表征至少一个光子器件(4)的方法，所述方法包括
-接收光学输入信号(2)，
-根据具有已知实值的分离系数(K)将来自所述输入信号(2)的中间信号(20)分离成至少一个第一子信号(21)和第二子信号(22)，
-将所述至少一个第一子信号(21)递送到至少一个第一光子电路(C1)，所述至少一个第一光子电路包含所述至少一个光子器件(4)和第一光子部分(50)，
-将所述第二子信号(22)递送到第二光子电路(C2)，所述第二光子电路包含具有与所述第一光子部分相同传递函数的第二光子部分并且没有所述至少一个光子器件(4)，
-将来自该电路的输出信号转换成电信号，
-根据所述电信号并且根据所述分离系数(K)的所述已知实值来确定所述至少一个光子器件(4)的光学损耗。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述中间信号的所述分离是在具有所述分离系数(K)的分离器中执行的，所述分离系数的实值等于至给定精度的已知理论值，并且所述方法还包括
-经由第二分离器(6)将来自所述输入信号的第一信号(20)第一次分离成第三子信号(21)和第四子信号(22)，
-经由第三分离器将所述第四子信号第二次分离成第五子信号(23)以及形成所述中间信号的第六子信号(24)，所述第一次和第二次分离是根据所述分离系数(K)来执行的，
-将所述第三和第五子信号(21，23)转换成电信号，以及
-根据来自所述第三和第五子信号的所述电信号确定所述分离系数(K)的所述实值。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，包括
-将所述中间信号(24)分离成若干子信号(25，27，28)，
-将这些子信号中的一个信号(28)传递至所述第二电路(C2)，
-将其他子信号(25，27)传递至多个分离电路，所述分离电路各自包含不同的光子器件和所述第一光子部分(50)，
-将来自所述电路(C1，C2，C3)的输出信号转换成电信号，以及
-根据所述电信号并且根据所述分离系数(K)的所述实值来确定所述光子器件的光学损耗。
4.一种用于表征至少一个光子器件(4)的测试设备，所述测试设备包括
-用于接收光学输入信号(2)的装置(1)，
-第一分离装置(3)，所述第一分离装置被配置成用于根据具有已知实值的分离系数(K)将来自所述输入信号(2)的中间信号(20)分离成至少一个第一子信号(21)和第二子信号(22)，
-至少一个第一电路(C1)，包含所述至少一个光子器件(4)和第一光子部分，所述至少一个第一电路被配置成用于接收所述至少一个第一子信号(21)，
-第二光子电路(C2)，所述第二光子电路包含具有与所述第一光子部分相同传递函数的第二光子部分并且没有所述至少一个器件(4)，所述第二光子电路被配置成用于接收所述第二子信号(22)，以及
-用于将来自所述电路(C1，C2)的输出信号转换成电信号的装置(D1，D2)。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述分离装置包括光学分离器，所述光学分离器具有所述分离系数(K)，所述分离系数的实值等于至给定精度的已知理论值，并且所述设备还包括
-第二分离装置(6)，所述第二分离装置被配置成用于将来自所述输入信号的第一信号(20)分离成第三子信号(21)和第四子信号(22)，以及
-第三分离装置(7)，所述第三分离装置被配置成用于将所述第四子信号(22)分离成第五子信号(23)以及形成所述中间信号的第六子信号(24)，所述第二和第三分离装置(6，7)具有所述分离系数(K)，以及
-第二转换装置(D3，D4)，所述第二转换装置被配置成用于将所述第三和第五子信号(21，23)转换成电信号。
6.根据权利要求4和5中任一项所述的设备，包括
-多个光子电路(C1，C3)，所述多个光子电路各自包含不同的光子器件和所述第一光子部分(50)，
-第四分离装置(8)，所述第四分离装置被配置成用于将所述中间信号(24)分离成多个子信号(25，27，28)、将这些信号(28)中的一个信号(28)传输至所述第二光子电路(C2)并且将其他子信号(25，27)传输至所述电路(C1，C3)中的每个电路，
-所述设备还包括被配置成用于将来自所述电路(C1，C2，C3)的输出信号转换成电信号的第二转换装置(D3，D4)。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的设备，其中，所述转换装置包括光电二极管(D1，D2，D3，D4，D5)，所述光电二极管被配置成用于将来自所述电路(C1，C2，C3)的所述输出信号转换成电信号。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的设备，包括被设计成耦接至确定装置的多个输出端子，所述确定装置被配置成用于根据所述电信号的功率(P21，P22)并且根据所述分离系数的所述已知实值确定所述至少一个光子器件(4)的光学损耗。
9.一种光子集成电路，包括至少一个根据权利要求4至8之一所述的测试设备。
10.根据权利要求9所述的光子集成电路，包括多个测试设备、第五分离装置(10)，所述第五分离装置被配置成用于将来自光学输入信号的第一信号(20)分离成多个输入子信号(S1，S2，S3)并且用于将每个子信号传输至所述多个测试设备中的测试设备(DIS1，DIS2，DIS3)。
11.一种测试结构，包括至少一个根据权利要求4至8之一所述的测试设备、以及确定装置(M)，所述确定装置被配置成用于根据所述电信号的功率(P21，P22)并且根据所述分离系数的所述已知实值确定所述至少一个光子器件的光学损耗。
12.根据权利要求11所述的结构，包括至少一个根据权利要求5所述的测试设备，并且其中，所述确定装置(M)被配置成用于根据来自所述第三和第五子信号(21，23)的所述电信号确定所述分离系数(K)的实值。
13.根据权利要求11所述的结构，包括至少一个根据权利要求6所述的测试设备，并且其中，所述确定装置(M)被配置成用于根据来自包含光子器件的所述光子电路(C1，C3)的所述电信号并且根据所述分离系数(K)的实值确定所述光子器件的光学损耗。
14.根据权利要求11至13之一所述的测试结构，其中，所述至少一个测试设备合并在集成电路内。
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