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硅光是以光子和電子為信息載體的硅基電子大規(guī)模集成技術(shù)，能夠突破傳統(tǒng)電子芯片的極限性能，是5G通信、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新型產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)支撐。光纖到硅基耦合是芯片設(shè)計十分重要的一環(huán)，耦合質(zhì)量決定著集成硅光芯片上光信號和外部信號互聯(lián)質(zhì)量。耦合過程中最困難的地方在于兩者光模式尺寸不匹配，硅光芯片中光模式約為幾百納米，而光纖中則為幾個微米，幾何尺寸上巨大差異造成模場的嚴(yán)重失配。準(zhǔn)確測量耦合位置質(zhì)量及硅光芯片內(nèi)部鏈路情況，對硅光芯片設(shè)計和生產(chǎn)都變得十分有意義。
光纖微裂紋診斷儀（OLI）對硅光芯片耦合質(zhì)量和內(nèi)部裂紋損傷檢測，非常有優(yōu)勢，可精準(zhǔn)探測到光鏈路中每個事件節(jié)點，具有靈敏度高、定位精準(zhǔn)、穩(wěn)定性高、簡單易用等特點，是硅光芯片檢測很好的工具。
OLI測試硅光芯片耦合連接處質(zhì)量
使用OLI測量硅光芯片耦合連接處質(zhì)量，分別測試正常和異常樣品，圖1為硅光芯片耦合連接處實物圖。
圖1硅光芯片耦合連接處實物圖
OLI測試結(jié)果如圖2所示，圖2（a）為耦合正常樣品，圖2（b）為耦合異常樣品。從圖中可以看出第一個峰值為光纖到硅基波導(dǎo)耦合處反射，第二個峰值為硅基波導(dǎo)到空氣處反射，對比兩幅圖可以看出耦合正常的回?fù)p約為-61dB，耦合異常，耦合處回?fù)p較大，約為-42dB，可以通過耦合處回?fù)p值來判斷耦合質(zhì)量。
（a）耦合正常樣品
（b）耦合異常樣品
圖2 OLI測試耦合連接處結(jié)果
OLI測試硅光芯片內(nèi)部裂紋
使用OLI測量硅光芯片內(nèi)部情況，分別測試正常和內(nèi)部有裂紋樣品，圖3為耦合硅光芯片實物圖。
圖3.耦合硅光芯片實物圖
OLI測試結(jié)果如圖4所示，圖4（a）為正常樣品，圖中第一個峰值為光纖到波導(dǎo)耦合處反射，第二個峰值為連接處到硅光芯片反射，第三個峰為硅光芯片到空氣反射；圖4（b）為內(nèi)部有裂紋樣品，相較于正常樣品再硅光芯片內(nèi)部多出一個峰值，為內(nèi)部裂紋表現(xiàn)出的反射。使用OLI能精準(zhǔn)測試出硅光芯片內(nèi)部裂紋反射和位置信息。
（a）正常樣品
（b）內(nèi)部有裂紋樣品
圖4.OLI測試耦合硅光芯片結(jié)果
因此，使用光纖微裂紋診斷儀（OLI）測試能快速評估出硅光芯片耦合質(zhì)量，并精準(zhǔn)定位硅光芯片內(nèi)部裂紋位置及回?fù)p信息。OLI以亞毫米級別分辨率探測硅光芯片內(nèi)部，可廣泛用于光器件、光模塊損傷檢測以及產(chǎn)品批量出貨合格判定。
