紧凑型光学编码器｜一微米偏差有多大影响？光子芯片测试中的六轴精密定位

如果光纤和芯片上的波导没有对准,光就可能难以有效耦合。对Akhetonics的PIC测试来说,约1 μm的位置失配就可能造成显著损耗。为完成多器件反复测试,平台不仅要移动得细,还必须跨越整片芯片范围,并准确返回目标区域。

对于这类平台,单纯追求某一个轴的高分辨率并不足够。实际测试还要覆盖芯片不同区域、多个运动自由度以及重复回到目标位置,因此运动范围、位置反馈和重复定位能力需要作为同一套系统共同考虑。

在德国光子计算企业Akhetonics的PIC测试平台中,两套SmarAct纳米定位子系统共包含六个运动轴,全部集成METIRIO®光学编码器,位置分辨率为1nm。

一、1 μm位置失配带来的精密定位要求

Akhetonics的光学测试主要用于测量并降低输入、输出光纤与片上平面波导之间的插入损耗。

典型测试包括光纤阵列将激光耦合进入片上光栅耦合器,并测量不同波长和不同偏振状态下的耦合损耗;也包括光从片上平面波导重新耦合进入光纤时的损耗。

系统后续还加入了两套独立的XYZ电探针系统,用于光调制器和光电探测器的电光表征测试。

Akhetonics联合创始人兼首席技术官Leonardo Del Bino对两类测试的定位要求进行了直接比较:

“电光测试的要求并没有特别夸张。片上电接触区域大约为100μm×100μm,因此我们的电探针只需要比这个尺寸高一个数量级的位置和对准精度。片上光学测试则完全是另一回事:光纤与波导之间1μm的位置失配就意味着显著的耦合损耗,因此我们需要几十纳米甚至更小的位置精度和重复性。”

这也直接说明了PIC光纤耦合为什么需要更加精细的位置反馈。

二、六个运动轴全部集成METIRIO®光学编码器

Akhetonics测试平台由两套独立的SmarAct纳米定位子系统组成。

第一套采用XY-Rz结构,用于芯片横向定位和旋转:

X、Y轴行程均为49mm

Rz旋转范围为360°

X、Y线性轴单向位置重复性为 ±40nm

第二套子系统用于光学探针的垂直和角度调整:

Z轴行程为31mm

Ry倾斜范围为±5°

Rz旋转范围为±45°

Z轴单向位置重复性为±40 nm

两套子系统的六个运动轴均集成METIRIO®光学编码器,位置分辨率为1nm。测试系统同时配备数字显微镜,用于PIC检查和对准。

芯片平台与光学探针协同工作,可完成横向移动、旋转、探针高度和角度调整,为光纤耦合和电光表征提供多自由度精密定位。

三、支持完整芯片映射和大规模器件测试

PIC测试往往不是完成一次耦合后结束,而是需要在芯片上不同测试结构之间反复切换。平台需要先移动到目标区域,再完成精密对准和测量,随后继续移动至下一器件。

Akhetonics利用SmarAct纳米定位系统的运动范围和位置重复性,可以对完整光子芯片进行映射,快速、可靠地评估大规模测试器件阵列。

在这一过程中,METIRIO®并不是只用于某一个精密对准点,而是覆盖全部六个运动轴,将1nm位置分辨率、几十毫米运动范围以及纳米级重复定位结合在同一套多轴系统中。

这个案例可以看出,纳米位移台的价值并不只在于移动幅度小。系统还要能跨越芯片上的不同测试点,保持可重复的定位能力,并支持光纤与波导的角度调整。SmarAct与Akhetonics的合作把这些需求整合在一套六轴平台中,为PIC器件反复测试提供了实际应用参考。

本文转载自公众号:SmarAct德国高精技术方案