CN211236362U - 硅光子芯片光功率测量装置、设备及系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种硅光子芯片光功率测量装置、设备及系统，硅光子芯片上设有硅光波导，测量装置包括光反射部件，配置于硅光波导出射光的传输路径上，硅光波导的出射光经光反射部件反射后产生反射光；光整形部件，配置于反射光的传输路径上，用于将发散的反射光集束后输出；光功率探测器，用于接收光整形部件输出的反射光光束，并测量反射光光束的光功率。本实用新型通过光反射部件将硅光波导的出射光反射进入空气，再通过光整形部件将发散的反射光调整为光束后输出，然后通过光功率探测器接收并测量出反射光光束的光功率，以此，在不损伤硅光子芯片结构的前提下，精确有效地测量出硅光子芯片的出光功率，实现硅光子芯片晶圆级出光性能测试。
Description
技术领域
本实用新型涉及硅光子芯片测量技术领域，具体涉及一种硅光子芯片光功率测量装置、设备及系统。
背景技术
硅光子芯片是以硅和硅基衬底材料(如SiGe/Si、SOI等)作为光学介质，通过CMOS兼容的集成电路工艺制造相应的光子器件和光电器件(包括硅基激光器、调制器、探测器、光波导等)，并利用这些器件对光子进行发射、传输、检测和处理，将光学器件与电子元件集成到一个独立的芯片中，即硅光子芯片。相比传统的光子技术，硅光子芯片用光取代传统铜线作为信息传导介质，大大提升芯片之间的连接速度，具有更低成本、更高集成、更多嵌入式功能、更高互联密度、更低功耗和更高的可靠性的优点，以实现其在光通信、光互连、光计算等领域中的实际应用，尤其是在5G光纤通信领域。在光纤通信应用中，集成光波导都是通过光纤进行输入、输出耦合连接的，而高密度集成的光波导阵列与光纤的耦合无法采用单根光纤与波导对接的方法来实现，硅光子芯片通过在硅基材料上刻蚀光纤匹配槽的方法把光纤定位，实现其内部高密度集成的光波导阵列与光纤阵列的高精度、低损耗的耦合比如，V-groove(V型槽)。
通常情况下，为了精确测量硅光子芯片的光功率，可以将硅光波导(NX1)的光耦合进光纤阵列(NX1)，然后通过耦合效率来判断硅光子芯片出光功率的大小。但利用光纤耦合实现硅光子芯片光功率测试的方法，具有以下缺点：1、两者耦合需要较高的调节精度，对耦合工艺要求高；2、FA相邻光纤长度有差异，无法精确测量N路硅光波导的光功率；3、为提高耦合效率，需要耦合光纤与波导端面直接接触或者距离很近，容易损伤硅光子芯片波导端面，无法起到筛选芯片的作用；4、需要带尾纤操作，只适用于单个芯片测试，无法实现硅光子芯片wafer级(晶圆级)光功率测试与筛选功能。
另一方面，一个Wafer(晶圆)上可以同时生长成千上万只紧密排列的硅光子芯片，为实现在wafer上测量筛选硅光子芯片，需要实现在wafer上准确测量硅光子芯片的出光性能，同时不能损伤硅光子芯片。但是每只硅光子芯片V-groove的长度只有1mm左右，可操作空间小，无法使用带尾纤的光纤耦合方式测量晶圆中硅光子芯片的出光性能。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种硅光子芯片光功率测量装置、设备及系统，在不损伤硅光子芯片结构的前提下，精确有效地测量出硅光子芯片的出光功率，实现硅光子芯片晶圆级出光性能测试。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种硅光子芯片光功率测量装置，所述硅光子芯片上设有硅光波导其特征在于：所述硅光子芯片光功率测量装置包括，
光反射部件，其配置于所述硅光波导出射光的传输路径上，所述硅光波导的出射光经所述光反射部件反射后产生反射光进入空气中传输；
光整形部件，其配置于所述反射光的传输路径上，用于将发散的所述反射光集束后输出；
光功率探测器，其用于接收光整形部件输出的反射光光束，并测量所述反射光光束的光功率。
本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述硅光子芯片的光纤匹配槽内横卧有棒体，所述棒体的外径与光纤匹配槽的尺寸相匹配；所述棒体靠近硅光波导的端部加工有反射面，所述反射面形成所述光反射部件。
本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述反射面与光纤匹配槽所在平面的夹角为45°±5°，所述硅光波导的出射光经反射面反射后产生的反射光方向与出射光方向垂直。
本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述棒体为玻璃棒或光纤棒。
本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述反射面与硅光波导的出光面之间具有安全间隙，所述安全间隙为0.15～0.25mm。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种晶圆级硅光子芯片光功率测量设备，所述晶圆具有阵列排布的多个硅光子芯片，测量系统包括多组所述硅光子芯片光功率测量装置，所述多组硅光子芯片光功率测量装置一一对应的测量所述多个硅光子芯片的光功率。
本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述光整形部件为多组透镜，所述多组透镜一一对应的调整多组光反射部件输出的反射光。
本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述光整形部件为一组消像差透镜，所述一组消像差透镜调整多组光反射部件输出的反射光。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种晶圆级硅光子芯片光功率测量系统，包括所述晶圆级硅光子芯片光功率测量设备；其还包括，
图像识别模块，其基于图像识别确定硅光子芯片的正负极和光纤匹配槽的位置；
位置调节模块，其根据图像识别模块确定的硅光子芯片正负极和光纤匹配槽位置调整探针和晶圆级硅光子芯片光功率测量设备的位置，通过所述探针给硅光子芯片的激光器供电，通过晶圆级硅光子芯片光功率测量设备测量晶圆上多组硅光子芯片的出光功率；
可视化输出模块，所述多组硅光子芯片的出光功率通过可视化输出模块实时输出。
本实用新型的有益效果：
本实用新型的硅光子芯片光功率测量装置、设备及系统，通过光反射部件将硅光波导的出射光反射进入空气，再通过光整形部件将发散的反射光调整为光束后输出，然后通过光功率探测器接收并测量出反射光光束的光功率，以此，在不损伤硅光子芯片结构的前提下，精确有效地测量出硅光子芯片的出光功率，实现硅光子芯片晶圆级出光性能测试。
测量装置具有制作简单、制作成本低、可靠性高、容差大的技术优势。
附图说明
图1是本实用新型硅光子芯片的基础结构图；
图2是本实用新型优选实施例中硅光子芯片光功率测量装置的结构示意图；
图3是本实用新型优选实施例中硅光子芯片光功率测量设备的结构示意图；
图4是本实用新型优选实施例中硅光子芯片光功率测量设系统的结构框图。
图中标号说明：
1-硅光芯片，11-硅光波导，13-光纤匹配槽；
2-光反射部件，4-光整形部件，6-光功率探测器，8-棒体；
10-晶圆级硅光子芯片光功率测量设备；20-图像识别模块，30-位置调节模块，40-可视化输出模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
实施例
参照图1所示，硅光子芯片1的基础结构包括激光器、硅光波导11和光纤匹配槽13，激光器用于产生光信号，硅光波导11用于传输光信号，光纤匹配槽13用于容置光纤，通常设计为V型槽(V-groove)，晶圆上各个硅光子芯片1的光纤匹配槽13的长度在1mm左右，光纤被限位在光纤匹配槽13内，确保硅光波导11与光纤的同心性，提高硅光波导与光纤的耦合效率。参照图1所示，硅光波导11端面的出射光沿水平方向传输(如图1坐标轴的Z轴方向)，V型槽沿Z轴方向延伸，其尺寸匹配光纤包层尺寸，光纤被限位在V形槽内。
考虑到光纤匹配槽13的长度只有1mm左右，操作空间有限，通过硅光波导的光耦合进光纤，通过耦合效率来判断硅光子芯片出光功率的测量方式存在诸多弊端；同时，也因为操作空间有限，无法使用带尾纤的光纤耦合方式测量晶圆中硅光子芯片的出光性能。为了解决该技术问题，本实施例公开一种硅光子芯片光功率测量装置。
参照图2所示，硅光子芯片光功率测量装置包括光反射部件2、光整形部件4和光功率探测器6。上述光反射部件2配置于硅光波导11出射光的传输路径上，上述硅光波导11的出射光经上述光反射部件2反射后产生反射光进入空气中传输；上述光整形部件4配置于上述反射光的传输路径上，经过光反射部件2反射后的反射光是发散的，发散的反射光通过光整形部件4调整后变成反射光光束输出；上述光功率探测器6用于接收光整形部件4输出的反射光光束，并测量上述反射光光束的光功率，该反射光光束的光功率可以用于表征硅光子芯片的出光功率，评估其出光性能。
以上，通过光反射部件2将硅光波导11的出射光反射进入空气，将沿图1所示Z轴方向传输的出射光转换成沿Y轴方向传输的反射光，晶圆沿Y轴方向没有操作空间的限制，实现在不损伤硅光子芯片结构的前提下，精确有效地测量出硅光子芯片的出光功率，实现硅光子芯片晶圆级出光性能测试。
上述光反射部件2需要与光纤匹配槽相匹配，才能将硅光波导11的出射光全部反射出去，为了满足该要其，同时不复杂话测量装置的结构，本实施例技术方案中，优选使用以下方式设计光反射部件2：上述光纤匹配槽13内横卧有棒体8(棒体8沿图1所示的Z轴方向延伸)，上述棒体8的外径与光纤匹配槽13的尺寸相匹配，比如，棒体8选用外径为125um的光纤棒或玻璃棒；上述棒体8靠近硅光波导11的端部加工反射面，该反射面形成上述光反射部件2。
使用玻璃棒制作上述光反射部件2时，在玻璃棒的一个端部加工出与光纤匹配槽13所在平面呈45°±5°的平面，通过涂层工艺或镀层工艺在该平面上加工反射层，(反射涂层或反射镀层)。本实施例技术方案中，通过控制加工反射层的工艺参数使得反射层的反射率大于98％，实现将沿Z轴方向传输的出射光全部反射到Y轴方向上。
使用玻璃棒制作上述光反射部件2时，玻璃棒通过结构件连接光功率探测器6，在玻璃棒端部加工产生的反射面与硅光波导11的出光面之间具有安全间隙，上述安全间隙为0.15～0.25mm，通过安全间隙确保玻璃棒不会损伤硅光波导端面。
以上结构设计的硅光子芯片光功率测量装置不仅适用于单个硅光子芯片的光功率测量，还适用于晶圆中阵列排布的多个硅光子芯片的光功率测量。
以上结构设计的硅光子芯片光功率测量装置，制作简单、测量光功率的工艺要求较低，易于实现批量测试。
以上结构设计的硅光子芯片光功率测量装置应用于晶圆中阵列排布的多个硅光子芯片光功率测量时，还公开一种晶圆级硅光子芯片光功率测量设备，参照图3所示，其包括多组硅光子芯片光功率测量装置，上述多组硅光子芯片光功率测量装置一一对应的测量上述多个硅光子芯片的光功率。
在本实施例的第一种技术方案中，上述光整形部件为多组透镜，上述多组透镜一一对应的调整多组光反射部件输出的反射光；根据需要，选用具有较小有效光敏面的多个光功率探测器一一对应的测量多组透镜输出的反射光光束的功率。
在本实施例的第二种技术方案中，上述光整形部件为一组消像差透镜，上述一组消像差透镜调整多组光反射部件输出的反射光，根据需要，选用具有较大有效光敏面的一组光功率探测器测量一组消像差透镜输出的多组反射光光束的功率。
以上结构设计的硅光子芯片光功率测量装置应用于晶圆中阵列排布的多个硅光子芯片光功率测量时，对于N路硅光波导，实际操作过程中，相邻光传导部件在Y轴方向位置偏差0～20um、光传导部件中心轴与Y轴夹角在45°±5°、光传导部件绕Z轴旋转0～30°、相邻光纤棒在X/Y轴方向位置偏差0～40um的情况下，接收到的波导光功率不变，即可保证接收到的任一路硅波导的光功率大小不变，具有容差大技术优势。
通过光反射部件将硅光波导的出射光反射进入空气，将沿图1所示Z轴方向传输的出射光转换成沿Y轴方向传输的反射光，晶圆沿Y轴方向没有操作空间的限制，实现在不损伤硅光子芯片结构的前提下，精确有效地测量出硅光子芯片的出光功率，实现硅光子芯片晶圆级出光性能测试。
本实施例的其它技术方案中，还公开一种晶圆级硅光子芯片光功率测量系统，参照图4所示，其包括图像识别模块20、位置调节模块30、可视化输出模块40和上述晶圆级硅光子芯片光功率测量设备10。
上述图像识别模块20基于图像识别确定硅光子芯片的正负极和光纤匹配槽的位置；
上述位置调节模块30根据图像识别模块20确定的硅光子芯片正负极和光纤匹配槽位置调整探针和晶圆级硅光子芯片光功率测量设备10的位置，通过上述探针给硅光子芯片的激光器供电，通过晶圆级硅光子芯片光功率测量设备10测量晶圆上多组硅光子芯片的出光功率；
上述多组硅光子芯片的出光功率通过可视化输出模块40实时输出。
由上述晶圆级硅光子芯片光功率测量系统能够完成晶圆级硅光子芯片光功率的自动化测试，有效提高测试效率。
以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。
Claims (9)
1.一种硅光子芯片光功率测量装置，所述硅光子芯片上设有硅光波导其特征在于：所述硅光子芯片光功率测量装置包括，
光反射部件，其配置于所述硅光波导出射光的传输路径上，所述硅光波导的出射光经所述光反射部件反射后产生反射光进入空气中传输；
光整形部件，其配置于所述反射光的传输路径上，用于将发散的所述反射光集束后输出；
光功率探测器，其用于接收光整形部件输出的反射光光束，并测量所述反射光光束的光功率。
2.如权利要求1所述的硅光子芯片光功率测量装置，其特征在于：所述硅光子芯片的光纤匹配槽内横卧有棒体，所述棒体的外径与光纤匹配槽的尺寸相匹配；所述棒体靠近硅光波导的端部加工有反射面，所述反射面形成所述光反射部件。
3.如权利要求2所述的硅光子芯片光功率测量装置，其特征在于：所述反射面与光纤匹配槽所在平面的夹角为45°±5°，所述硅光波导的出射光经反射面反射后产生的反射光方向与出射光方向垂直。
4.如权利要求2所述的硅光子芯片光功率测量装置，其特征在于：所述棒体为玻璃棒或光纤棒。
5.如权利要求2所述的硅光子芯片光功率测量装置，其特征在于：所述反射面与硅光波导的出光面之间具有安全间隙，所述安全间隙为0.15～0.25mm。
6.一种晶圆级硅光子芯片光功率测量设备，所述晶圆具有阵列排布的多个硅光子芯片，其特征在于：其包括多组如权利要求1-5任一项所述的硅光子芯片光功率测量装置，所述多组硅光子芯片光功率测量装置一一对应的测量所述多个硅光子芯片的光功率。
7.如权利要求6所述的晶圆级硅光子芯片光功率测量设备，其特征在于：所述光整形部件为多组透镜，所述多组透镜一一对应的调整多组光反射部件输出的反射光。
8.如权利要求6所述的晶圆级硅光子芯片光功率测量设备，其特征在于：所述光整形部件为一组消像差透镜，所述一组消像差透镜调整多组光反射部件输出的反射光。
9.一种晶圆级硅光子芯片光功率测量系统，其特征在于：包括如权利要求6-8任一项所述的晶圆级硅光子芯片光功率测量设备；其还包括，
图像识别模块，其基于图像识别确定硅光子芯片的正负极和光纤匹配槽的位置；
位置调节模块，其根据图像识别模块确定的硅光子芯片正负极和光纤匹配槽位置调整探针和晶圆级硅光子芯片光功率测量设备的位置，通过所述探针给硅光子芯片的激光器供电，通过晶圆级硅光子芯片光功率测量设备测量晶圆上多组硅光子芯片的出光功率；
可视化输出模块，所述多组硅光子芯片的出光功率通过可视化输出模块实时输出。
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| CN202020004357.8U CN211236362U (zh) | 2020-01-02 | 2020-01-02 | 硅光子芯片光功率测量装置、设备及系统 |
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| CN110955002A (zh) * | 2020-01-02 | 2020-04-03 | 亨通洛克利科技有限公司 | 硅光子芯片光功率测量装置、设备、系统及测量方法 |
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