本發(fā)明屬于芯片測(cè)試，特別涉及一種硅基光電集成芯片的測(cè)試裝置、硅基光電集成芯片及其測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

1、硅基光電集成芯片(photonics?integrated?circuit)，即pic芯片，是將光發(fā)射集成芯片、光接收集成芯片、光收發(fā)集成芯片、相同功能器件陣列化集成芯片(探測(cè)器陣列芯片、調(diào)制器陣列芯片)等若干基本器件進(jìn)行單片集成后形成的集成芯片。

2、對(duì)比傳統(tǒng)的光學(xué)器件，pic芯片具有體積小、響應(yīng)速度快、功耗低、集成度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是光通信、光互連、光計(jì)算等領(lǐng)域的重要光學(xué)元件，被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算、5g/6g通信、汽車自動(dòng)駕駛等先進(jìn)領(lǐng)域。伴隨人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的快速發(fā)展，pic芯片的市場(chǎng)需求也進(jìn)一步擴(kuò)大，pic芯片集成的陣列通道數(shù)與通信傳輸速率成正比，隨著通信傳輸速率從100gbps向400gbps、800gbps和1.6tbps發(fā)展，pic芯片的通道數(shù)也從單通道向4通道和8通道擴(kuò)展，單片集成的硅光器件也越來(lái)越多，因此對(duì)pic芯片的評(píng)測(cè)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。

3、目前采用的評(píng)測(cè)方法是分別建立光耦合系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)，其中，由于通道變多需要分別對(duì)pic芯片的輸入和輸出端進(jìn)行光耦合；由于集成度提高需要對(duì)不同參數(shù)建立不同的測(cè)量系統(tǒng)。這樣就進(jìn)一步造成評(píng)測(cè)系統(tǒng)的復(fù)雜程度大幅度提高。如果依然使用上述方法，則無(wú)法滿足pic芯片的大批量、大規(guī)模的生產(chǎn)制造需求。

4、有鑒于此，確有必要提供一種新型的pic芯片的測(cè)試裝置、pic芯片及其測(cè)試方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題和缺陷的至少一個(gè)方面，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種硅基光電集成芯片的測(cè)試裝置、硅基光電集成芯片及其測(cè)試方法，通過(guò)耦合光路與測(cè)量光路在時(shí)域上復(fù)用，實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)光學(xué)鏈路中一次性完成硅基光電集成芯片端口與光纖通道陣列的耦合對(duì)準(zhǔn)以及硅基光電集成芯片性能參數(shù)的評(píng)測(cè)。所述技術(shù)方案如下：

2、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種硅基光電集成芯片的測(cè)試裝置，該測(cè)試裝置包括：

3、可調(diào)諧保偏光源，配置成輸出保偏光；

4、第一光耦合鏈路，包括允許該保偏光通過(guò)的第一保偏光分路器、單通道陣列和硅基光電集成芯片的輸入端口；

5、第二光耦合鏈路，包括允許該保偏光通過(guò)的第二保偏光分路器、至少兩個(gè)保偏光環(huán)形器、多通道陣列和硅基光電集成芯片的至少兩個(gè)保偏光輸出端口；

6、1×2路保偏光開關(guān)，配置成在第一光耦合鏈路和第二光耦合鏈路之間切換該保偏光。

7、進(jìn)一步地，該測(cè)試裝置還包括通過(guò)第一光耦合鏈路和第二光耦合鏈路時(shí)域復(fù)用形成的光學(xué)參數(shù)測(cè)量鏈路；在該光學(xué)參數(shù)測(cè)量鏈路中，保偏光依次經(jīng)過(guò)1×2保偏光開關(guān)、第一保偏光分路器和單通道陣列輸入到硅基光電集成芯片的輸入端口；之后，該保偏光再?gòu)墓杌怆娂尚酒娜康妮敵龆丝诜謩e輸出到多通道光功率計(jì)的對(duì)應(yīng)通道。

8、在一些實(shí)施例中，第一保偏光分路器和第二保偏光分路器各自的輸出端口的數(shù)量為至少兩個(gè)；當(dāng)該第一保偏光分路器和第二保偏光分路器各自的輸出端口的數(shù)量為兩個(gè)，并且硅基光電集成芯片的全部的輸出端口的數(shù)量為n個(gè)時(shí)，則有：

9、至少兩個(gè)保偏光環(huán)形器的數(shù)量為兩個(gè)，并包括第一保偏光環(huán)形器和第二保偏光環(huán)形器；

10、多通道陣列的通道數(shù)為n個(gè)，并且與硅基光電集成芯片的n個(gè)輸出端口一一對(duì)應(yīng)，其中n為整數(shù)；

11、硅基光電集成芯片的n個(gè)輸出端口的最外側(cè)的兩個(gè)輸出端口分別設(shè)置為第一保偏光接收端口和第二保偏光接收端口，其余n-2個(gè)輸出端口為其他保偏光輸出端口；

12、多通道光功率計(jì)的通道數(shù)為n+2個(gè)。

13、進(jìn)一步地，在多通道光功率計(jì)的n+2個(gè)通道中，通道1配置成接收第一保偏光分路器輸出的其中一路的保偏光；通道2至通道n+1的n個(gè)通道配置成對(duì)應(yīng)接收硅基光電集成芯片的n個(gè)輸出端口的輸出光；通道n+2配置成接收第一保偏光分路器輸出的另一路的保偏光。

14、在一些實(shí)施例中，第一保偏光環(huán)形器包括第一端口、第二端口和第三端口；其中，經(jīng)過(guò)第一端口輸入的光只能由第二端口輸出；經(jīng)過(guò)第二端口輸入的光只能由第三端口輸出；第二保偏光分路器輸出的其中一路的保偏光進(jìn)入該第一保偏光環(huán)形器的第一端口后經(jīng)過(guò)第二端口通過(guò)多通道陣列的對(duì)應(yīng)通道進(jìn)入硅基光電集成芯片的第一保偏光接收端口；硅基光電集成芯片的第一保偏光接收端口輸出的保偏光通過(guò)多通道陣列的對(duì)應(yīng)通道進(jìn)入第一保偏光環(huán)形器的第二端口并由第三端口輸出至多通道光功率計(jì)的對(duì)應(yīng)通道。

15、在一些實(shí)施例中，第二保偏光環(huán)形器包括第四端口、第五端口和第六端口；其中，經(jīng)過(guò)第四端口輸入的光只能由第五端口輸出；經(jīng)過(guò)第五端口輸入的光只能由第六端口輸出；第二保偏光分路器輸出的另一路的保偏光進(jìn)入該第二保偏光環(huán)形器的第四端口后經(jīng)過(guò)第五端口通過(guò)多通道陣列的對(duì)應(yīng)通道進(jìn)入硅基光電集成芯片的第二保偏光接收端口；硅基光電集成芯片的第二保偏光接收端口輸出的保偏光通過(guò)多通道陣列的對(duì)應(yīng)通道進(jìn)入第二保偏光環(huán)形器的第五端口并由第六端口輸出至多通道光功率計(jì)的對(duì)應(yīng)通道。

16、在一些實(shí)施例中，硅基光電集成芯片的n-2個(gè)其他保偏光輸出端口輸出的保偏光通過(guò)多通道陣列的對(duì)應(yīng)通道由非保偏光纖輸出至多通道光功率計(jì)的對(duì)應(yīng)通道。

17、在一些實(shí)施例中，該測(cè)試裝置還包括由控制模塊、多通道數(shù)字源表和探針卡電連接的電學(xué)參數(shù)測(cè)量鏈路；其中，控制模塊集成有計(jì)算機(jī)控制程序，配置成通過(guò)該計(jì)算機(jī)控制程序控制多通道數(shù)字源表輸出電信號(hào)或測(cè)量電信號(hào)；探針卡上的探針一一對(duì)應(yīng)地壓接在硅基光電集成芯片的電極上用于電信號(hào)的傳輸。

18、在一些實(shí)施例中，可調(diào)諧保偏光源的輸出波長(zhǎng)在預(yù)設(shè)波段的波長(zhǎng)范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)；該預(yù)設(shè)波段為o波段或c波段；可調(diào)諧保偏光源輸出單一波長(zhǎng)的保偏光或輸出掃波長(zhǎng)的保偏光；保偏光通過(guò)保偏光纖接入1×2路保偏光開關(guān)，并且保持偏振態(tài)不變。

19、在一些實(shí)施例中，1×2路保偏光開關(guān)、第一保偏光分路器、第二保偏光分路器、至少兩個(gè)保偏光環(huán)形器和多通道光功率計(jì)的工作波長(zhǎng)范圍至少包括預(yù)設(shè)波段的波長(zhǎng)范圍；通過(guò)1×2路保偏光開關(guān)、第一保偏光分路器、第二保偏光分路器、至少兩個(gè)保偏光環(huán)形器的保偏光的偏振態(tài)保持不變。

20、根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種硅基光電集成芯片，將該硅基光電集成芯片接入上述方面描述的硅基光電集成芯片的測(cè)試裝置后對(duì)其光學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，該硅基光電集成芯片包括：

21、輸入端口，其數(shù)量為1個(gè)，配置成與單通道陣列的通道對(duì)準(zhǔn)設(shè)置，并接收來(lái)自第一光耦合鏈路的保偏光；

22、分光監(jiān)測(cè)模塊，配置成接收經(jīng)過(guò)輸入端口的保偏光，并將該保偏光分為n束光路后通過(guò)輸入監(jiān)測(cè)探測(cè)器監(jiān)測(cè)每束光路的輸入光功率；

23、光調(diào)制模塊，配置成接收來(lái)自分光監(jiān)測(cè)模塊的n束光路并進(jìn)行調(diào)光后輸出；

24、輸出監(jiān)測(cè)模塊，配置成接收來(lái)自光調(diào)制模塊經(jīng)過(guò)調(diào)光后的n束光路并通過(guò)輸出監(jiān)測(cè)探測(cè)器監(jiān)測(cè)每束光路的輸出光功率；

25、輸出端口，其數(shù)量為n個(gè)，配置成與多通道陣列的n個(gè)通道一一對(duì)準(zhǔn)設(shè)置，并通過(guò)該多通道陣列將保偏光輸入第二光耦合鏈路以及將非保偏光輸入多通道光功率計(jì)的對(duì)應(yīng)通道。

26、在一些實(shí)施例中，硅基光電集成芯片的分光監(jiān)測(cè)模塊包括：級(jí)聯(lián)的第一光分路器，配置成將硅基光電集成芯片的輸入端口接收到的一束保偏光分為n束光路；設(shè)置在該n束光路上的n個(gè)輸入監(jiān)測(cè)探測(cè)器，配置成監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)的每束光路的輸入光功率。

27、在一些實(shí)施例中，硅基光電集成芯片的光調(diào)制模塊包括：n個(gè)第二光分路器，配置成將n束光路的每束光路再分為兩束光路，獲得2n束光路；設(shè)置在該2n束光路上的2n個(gè)硅光調(diào)制器，配置成對(duì)每束光路進(jìn)行調(diào)光；在調(diào)光后的每?jī)墒饴分械钠渲幸皇饴飞蠈?duì)應(yīng)設(shè)置n個(gè)移相器；經(jīng)過(guò)該n個(gè)移相器之后設(shè)置n個(gè)光合路器，配置成對(duì)每?jī)墒饴愤M(jìn)行合路，獲得調(diào)制后的n束光路。

28、根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種硅基光電集成芯片的測(cè)試方法，使用上述各方面描述的測(cè)試裝置對(duì)上述各方面描述的硅基光電集成芯片的光學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，該測(cè)試方法包括以下步驟：

29、使用第一光耦合鏈路構(gòu)建光功率比測(cè)量鏈路，獲得可調(diào)諧保偏光源輸出的保偏光在輸出端與在監(jiān)控端的光功率分光比值；

30、連接電學(xué)參數(shù)測(cè)量鏈路，使用多通道數(shù)字源表通過(guò)探針卡向硅基光電集成芯片提供工作電壓并測(cè)量電流；

31、使用第一光耦合鏈路校準(zhǔn)單通道陣列的位置，使其通道對(duì)準(zhǔn)硅基光電集成芯片的輸入端口；

32、使用第二光耦合鏈路校準(zhǔn)多通道陣列的位置，使其n個(gè)通道分別對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的硅基光電集成芯片的n個(gè)輸出端口；

33、控制可調(diào)諧光源輸出定波長(zhǎng)的保偏光，使用光學(xué)參數(shù)測(cè)量鏈路和電學(xué)參數(shù)測(cè)量鏈路對(duì)硅基光電集成芯片的n個(gè)通道的最小光損耗和移相器電壓工作點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試；

34、控制可調(diào)諧光源輸出掃波長(zhǎng)的保偏光，使用光學(xué)參數(shù)測(cè)量鏈路和電學(xué)參數(shù)測(cè)量鏈路對(duì)硅基光電集成芯片的光響應(yīng)度進(jìn)行測(cè)試。

35、在一些實(shí)施例中，上述使用第一光耦合鏈路構(gòu)建光功率比測(cè)量鏈路的步驟具體包括：

36、將第一保偏光分路器輸出的其中一路保偏光接入多通道光功率計(jì)的通道1作為監(jiān)控端光路；

37、將第一保偏光分路器輸出的另一路保偏光接入多通道光功率計(jì)的通道n+2作為輸出端光路；

38、當(dāng)可調(diào)諧保偏光源輸出掃波長(zhǎng)保偏光時(shí)，測(cè)量掃波長(zhǎng)范圍內(nèi)每個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)的輸出端光路與監(jiān)控端光路的光功率比。

39、在一些實(shí)施例中，上述連接電學(xué)參數(shù)測(cè)量鏈路，使用多通道數(shù)字源表通過(guò)探針卡向硅基光電集成芯片提供工作電壓并測(cè)量電流的步驟具體包括：

40、通過(guò)控制模塊關(guān)閉可調(diào)諧保偏光源；

41、控制模塊控制多通道數(shù)字源表通過(guò)探針卡施加工作電壓信號(hào)至硅基光電集成芯片內(nèi)的全部的輸入監(jiān)測(cè)探測(cè)器和輸出監(jiān)測(cè)探測(cè)器；

42、測(cè)量全部的輸入監(jiān)測(cè)探測(cè)器和輸出監(jiān)測(cè)探測(cè)器對(duì)應(yīng)的暗電流。

43、在一些實(shí)施例中，在上述使用第一光耦合鏈路校準(zhǔn)單通道陣列的位置的步驟中，依據(jù)監(jiān)控硅基光電集成芯片內(nèi)的分光監(jiān)測(cè)模塊的任意一個(gè)輸入監(jiān)測(cè)探測(cè)器的光電流的變化調(diào)節(jié)單通道陣列的位置；當(dāng)監(jiān)控到任意一個(gè)輸入監(jiān)測(cè)探測(cè)器的光電流達(dá)到最大值時(shí)，單通道陣列與硅基光電集成芯片的輸入端口對(duì)準(zhǔn)。

44、在一些實(shí)施例中，在上述使用第二光耦合鏈路校準(zhǔn)多通道陣列的位置的步驟中，依據(jù)監(jiān)控硅基光電集成芯片內(nèi)的輸出監(jiān)測(cè)模塊中對(duì)應(yīng)于第一保偏光接收端口和第二保偏光接收端口的輸出監(jiān)測(cè)探測(cè)器的光電流的變化調(diào)節(jié)多通道陣列的位置；當(dāng)監(jiān)控到第一保偏光接收端口與第二保偏光接收端口的光電流達(dá)到均衡最大值時(shí)，多通道陣列與硅基光電集成芯片的輸出端口對(duì)準(zhǔn)。

45、在一些實(shí)施例中，上述控制可調(diào)諧光源輸出定波長(zhǎng)的保偏光，使用光學(xué)參數(shù)測(cè)量鏈路和電學(xué)參數(shù)測(cè)量鏈路對(duì)硅基光電集成芯片的n個(gè)通道的最小光損耗和移相器電壓工作點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試的步驟具體包括：

46、控制可調(diào)諧光源在預(yù)設(shè)波長(zhǎng)點(diǎn)輸出對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)光功率的保偏光；

47、控制多通道數(shù)字源表通過(guò)探針卡施加工作電壓至硅基光電集成芯片內(nèi)的n個(gè)移相器并測(cè)量n個(gè)移相器對(duì)應(yīng)的工作電流，獲得移相器的電壓電流特性；

48、采集n個(gè)移相器對(duì)應(yīng)的n個(gè)輸出監(jiān)測(cè)探測(cè)器的光電流隨n個(gè)移相器的熱功率的變化曲線；

49、采集并記錄在多通道光功率計(jì)的對(duì)應(yīng)通道中硅基光電集成芯片的n個(gè)輸出端口在n個(gè)移相器的熱功率下對(duì)應(yīng)的光功率，獲得硅基光電集成芯片的n個(gè)輸出端口的片上損耗隨n個(gè)移相器的熱功率的變化曲線；

50、在硅基光電集成芯片的每個(gè)輸出端口的片上損耗隨對(duì)應(yīng)的移相器的熱功率的變化曲線上的光功率最大值為該輸出端口在預(yù)設(shè)波長(zhǎng)點(diǎn)的最小損耗，且最小損耗對(duì)應(yīng)的移相器電壓為移相器電壓工作點(diǎn)。

51、在一些實(shí)施例中，上述控制可調(diào)諧光源輸出掃波長(zhǎng)的保偏光，使用光學(xué)參數(shù)測(cè)量鏈路和電學(xué)參數(shù)測(cè)量鏈路對(duì)硅基光電集成芯片的光響應(yīng)度進(jìn)行測(cè)試的步驟具體包括：

52、將硅基光電集成芯片內(nèi)的n個(gè)移相器的工作電壓分別設(shè)定為在預(yù)設(shè)波長(zhǎng)點(diǎn)獲得片上最小損耗時(shí)施加在對(duì)應(yīng)的n個(gè)通道上的電壓；

53、控制可調(diào)諧光源在預(yù)設(shè)波段的波長(zhǎng)范圍內(nèi)輸出掃波長(zhǎng)的保偏光；

54、控制多通道數(shù)字源表通過(guò)探針卡測(cè)量硅基光電集成芯片內(nèi)的全部的輸入監(jiān)測(cè)探測(cè)器和輸出監(jiān)測(cè)探測(cè)器的光電流；

55、通過(guò)每個(gè)輸入監(jiān)測(cè)探測(cè)器對(duì)應(yīng)的光電流與暗電流計(jì)算每個(gè)輸入監(jiān)測(cè)探測(cè)器的光響應(yīng)度曲線；

56、通過(guò)每個(gè)輸出監(jiān)測(cè)探測(cè)器對(duì)應(yīng)的光電流與暗電流計(jì)算每個(gè)輸出監(jiān)測(cè)探測(cè)器的光響應(yīng)度曲線。

57、本發(fā)明的實(shí)施例提供的硅基光電集成芯片的測(cè)試裝置、硅基光電集成芯片及其測(cè)試方法具有以下優(yōu)點(diǎn)中的至少一個(gè)或至少一個(gè)優(yōu)點(diǎn)的一部分：

58、(1)本發(fā)明的實(shí)施例提供的硅基光電集成芯片的測(cè)試裝置和測(cè)試方法通過(guò)將光耦合鏈路與光學(xué)參數(shù)測(cè)量鏈路在時(shí)域上復(fù)用，實(shí)現(xiàn)同時(shí)完成硅基光電集成芯片與光纖陣列的耦合對(duì)準(zhǔn)以及其光學(xué)性能參數(shù)的測(cè)量，極大程度地簡(jiǎn)化了測(cè)試系統(tǒng)的光路設(shè)計(jì)；

59、(2)本發(fā)明的實(shí)施例提供的硅基光電集成芯片的測(cè)試裝置和測(cè)試方法通過(guò)1×2路保偏光開關(guān)和保偏光分路器對(duì)兩路光耦合鏈路進(jìn)行切換和分光，只使用一束保偏光源即可分別實(shí)現(xiàn)對(duì)硅基光電集成芯片輸入端、輸出端的光纖陣列的耦合對(duì)準(zhǔn)；

60、(3)本發(fā)明的實(shí)施例提供的硅基光電集成芯片的測(cè)試裝置和測(cè)試方法通過(guò)1×2路保偏光開關(guān)和保偏光分路器對(duì)兩路耦合光路進(jìn)行切換和分光，組成不同的光學(xué)測(cè)量光路，只使用一束保偏光源配合波長(zhǎng)調(diào)節(jié)即可實(shí)現(xiàn)多種硅基光電集成芯片光學(xué)性能參數(shù)的測(cè)量，簡(jiǎn)化耦合測(cè)試光路的設(shè)計(jì)，減少耦合或測(cè)量器件的使用，降低測(cè)試成本；

61、(4)本發(fā)明的實(shí)施例提供的硅基光電集成芯片的測(cè)試裝置和測(cè)試方法通過(guò)保偏光環(huán)形器的多端口單向傳輸特性，實(shí)現(xiàn)來(lái)自硅基光電集成芯片的輸出光與來(lái)自測(cè)試裝置的保偏光在第二光耦合鏈路上的時(shí)域復(fù)用，極大程度地簡(jiǎn)化了硅基光電集成芯片評(píng)測(cè)過(guò)程中的光路設(shè)計(jì)；

62、(5)本發(fā)明的實(shí)施例提供的硅基光電集成芯片通過(guò)在其內(nèi)部布局輸入和輸出監(jiān)測(cè)探測(cè)器，有助于本發(fā)明的測(cè)試裝置通過(guò)電學(xué)測(cè)量鏈路直接獲取硅基光電集成芯片內(nèi)部光電參數(shù)，進(jìn)一步簡(jiǎn)化硅基光電集成芯片測(cè)試方法和測(cè)試操作流程，提高了硅基光電集成芯片測(cè)試效率；

63、(6)本發(fā)明的實(shí)施例提供的硅基光電集成芯片的測(cè)試方法使用一束可調(diào)諧保偏光在一套光學(xué)鏈路中實(shí)現(xiàn)兩路光耦合鏈路分別對(duì)硅基光電集成芯片的輸入端和輸出端進(jìn)行光纖陣列對(duì)準(zhǔn)以及組合一路光學(xué)測(cè)量鏈路進(jìn)行硅基光電集成芯片光學(xué)性能參數(shù)測(cè)量，極大程度地提高了硅基光電集成芯片測(cè)試速度和測(cè)試效率，降低了硅基光電集成芯片批量生產(chǎn)的制造成本。