CN113176497A - 一种集成光交换芯片中开关单元的校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种集成光交换芯片中开关单元的校准方法，包括以下步骤：在光交换阵列中选择被测单元和测试单元；输入可以确保通过被测单元和测试单元的光信号；在测试单元上加载反向电压，使得测试单元的PN结或PIN结处于载流子耗尽状态；调节被测单元上的电压，通过观察测试单元上的电流信号，获得被测单元的状态；使用此方法，完成对整个光交换阵列中开关单元的校准；与目前技术相比，本发明使用阵列中已有的电光开关单元，通过加载反向电压使其实现光功率探测的功能，并用于前端开关单元的功率监测；不会增加额外的电学或是光学端口，极大降低了大规模硅基电光集成光开关阵列中开关单元校准以及后续电光封装的难度。

Description

一种集成光交换芯片中开关单元的校准方法
技术领域
本发明涉及硅基光电子集成技术领域，特别涉及一种集成光交换芯片中开关单元的校准方法。
背景技术
随着集成硅基光电子技术的发展，硅基集成光交换器件也向着大规模、多端口数量方向发展，制约其规模的主要因素为没有比较合适的开关单元监测校准技术。对于规模比较大的集成光交换系统来讲，不同位置的开关单元由于晶片材料自身的不均匀性，半导体工艺在晶片上不同位置的误差，造成同一晶片上，同一光交换网络中不同的开关单元的性能并不完全相同，甚至相差很大，需要对制作完成的开关阵列中每个开关单元进行测试和校准。目前的解决方法通常是在开关单元附近或者是特定位置的波导上通过DC耦合器分出小部分光进行检测。在光开关阵列规模较大时，这些附加的光检测端口会带来额外数量巨大的光学端口和电学端口，增加了系统的复杂性和光开关芯片的封装难度，严重制约了大规模集成光交换芯片的研发。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集成光交换芯片中开关单元的校准方法，以克服现有技术中离子掺杂结构的大规模硅基集成电光交换阵列中开关单元监测和校准技术的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请公开了一种集成光交换芯片中开关单元的校准方法，包括以下步骤：
S1、在光交换阵列中选择被测单元和测试单元；
所述被测单元为要测试和校准的开关单元；
所述测试单元为与被测单元通过波导相连的，光路后端的开关单元；
S2、在光交换阵列中上输入可以确保通过被测单元和测试单元的光信号；
S3、在测试单元上加载反向电压，使得测试单元的PN结或PIN结处于载流子耗尽状态；
S4、调节被测单元上的电压，通过观察测试单元上的电流信号，获得被测单元的状态；
S5、以同样的方向依次对每个开关单元重复步骤S1至步骤S4，完成对整个光交换阵列中开关单元的校准。
作为优选，所述步骤S3中加载的反向电压为周期性变化电压信号。
作为优选，所述周期性变化电压信号的具体参数为幅度50mV，周期20MHz，相位固定。
作为优选，所述步骤S4包括如下子步骤：
S41、在加载周期性变化电压信号的条件下，使用精密电流表探测回路中的含有噪声的电流；
S42、将探测到的电流与参考信号输入到锁相放大器，通过锁相放大得到回路中微小的电流信号；
S43、调节被测单元的上的电压，当被测单元上测得电流信号为极小值或是极大值时，分别对应开关的两个状态；记下此时被测开关单元上的电压，完成开关单元校准。
作为优选，所述步骤S42中参考信号的频率与所述周期性变化电压信号的频率相同，所述参考信号的相位差恒定。
本发明的有益效果：与目前在硅基集成电光开关阵列中使用的开关单元技术相比，本发明使用阵列中已有的电光开关单元，通过加载反向电压使其实现光功率探测的功能，并用于前端开关单元的功率监测；这种方式使用开关阵列中已有的电学端口和结构，不会增加额外的电学或是光学端口，极大降低了大规模硅基电光集成光开关阵列中开关单元校准以及后续电光封装的难度。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例中Benes网络中开关单元的校准示意图；
图2是本发明实施例中开关单元中PIN结的电学回路示意图；
图3是本发明实施例中使用锁相放大器探测微小电流示意图。
图中：1-被测单元、2-测试单元、3-精密电流表、4-电压信号；5-PIN结。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
参阅图1至图3，本发明实施例以目前硅基集成电光开关阵列中较为常见的Benes网络中的开关单元监测为例，详细描述本发明在开关单元的监测中的应用。
首先在Benes网络中选点需要做状态调整的开关单元作为被测单元1，每个开关单元有2个输入端口和2个输出端口，工作时，光信号由其中一个端口输入，本实施例中光信号由上端口输入，通过电信号控制载流子注入的程度来选择输出端口，在Benes网络中，与被测单元1路径相连的有另外两个开关单元，选取其中一个作为测试单元2，本实施例中选择上方的单元作为监测单元2。
在用作监测单元2的PIN结5上加载反向的周期性变化电压信号4，如幅度为50mV，周期为20MHz的正弦周期信号，使得PIN结处于载流子耗尽状态；
在加载周期性变化电压信号的条件下，使用精密电流表3探测回路中的含有噪声的电流；
将探测到的电流与参考信号（幅度50mV，周期为20MHz，相位固定）输入到锁相放大器，通过锁相放大得到回路中微小的电流信号；
调节被测单元的上的电压，当被测单元上测得电流信号为极小值时，判定被测开关为“Cross”状态；当被测单元上测得电流信号为极大值时，判定被测开关为“Bar”状态；记下此时被测开关单元上的电压，完成开关单元校准；
使用此方法，可以依次完成Benes网络中各个开关单元的校准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种集成光交换芯片中开关单元的校准方法，其特征在于，包括以下步骤： S1、在光交换阵列中选择被测单元和测试单元； 所述被测单元为要测试和校准的开关单元； 所述测试单元为与被测单元通过波导相连的，光路后端的开关单元； S2、在光交换阵列中上输入可以确保通过被测单元和测试单元的光信号； S3、在测试单元上加载反向电压，使得测试单元的PN结或PIN结处于载流子耗尽状态； S4、调节被测单元上的电压，通过观察测试单元上的电流信号，获得被测单元的状态； S5、以同样的方向依次对每个开关单元重复步骤S1至步骤S4，完成对整个光交换阵列中开关单元的校准。
2.如权利要求1所述的一种集成光交换芯片中开关单元的校准方法，其特征在于：所述步骤S3中加载的反向电压为周期性变化电压信号。
3.如权利要求2所述的一种集成光交换芯片中开关单元的校准方法，其特征在于：所述周期性变化电压信号的具体参数为幅度50mV，周期20MHz，相位固定。
4.如权利要求2所述的一种集成光交换芯片中开关单元的校准方法，其特征在于：所述步骤S4包括如下子步骤： S41、在加载周期性变化电压信号的条件下，使用精密电流表探测回路中的含有噪声的电流； S42、将探测到的电流与参考信号输入到锁相放大器，通过锁相放大得到回路中微小的电流信号； S43、调节被测单元的上的电压，当被测单元上测得电流信号为极小值或是极大值时，分别对应开关的两个状态；记下此时被测开关单元上的电压，完成开关单元校准。
5.如权利要求4所述的一种集成光交换芯片中开关单元的校准方法，其特征在于：所述步骤S42中参考信号的频率与所述周期性变化电压信号的频率相同，所述参考信号的相位差恒定。
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