यहां, हम ऑप्टिकल चरणबद्ध सरणी वाले एसआईएन एकीकृत फोटोनिक सर्किट के संचालन का वर्णन करते हैं। सर्किट के पास अवरक्त में कम विचलन लेजर बीम उत्सर्जित करने और उन्हें दो आयामों में चलाने के लिए उपयोग किया जाता है।
ऑप्टिकल चरणबद्ध सरणी (OPAs) कम विचलन लेजर बीम का उत्पादन कर सकते हैं और यांत्रिक भागों को स्थानांतरित करने की आवश्यकता के बिना इलेक्ट्रॉनिक रूप से उत्सर्जन कोण को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। यह तकनीक बीम स्टीयरिंग अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से उपयोगी है। यहां, हम निकट अवरक्त में तरंगदैर्ध्य के लिए सिएन फोटोनिक सर्किट में एकीकृत ओपीए पर ध्यान केंद्रित करते हैं। इस तरह के सर्किट की एक लक्षण वर्णन विधि प्रस्तुत की जाती है, जो एकीकृत ओपीए के आउटपुट बीम को आकार और चलाने की अनुमति देती है। इसके अलावा, वेफर-स्केल लक्षण वर्णन सेटअप का उपयोग करके, कई उपकरणों को आसानी से कई मर जाने वाले वेफर पर परीक्षण किया जा सकता है। इस तरह, निर्माण विविधताओं का अध्ययन किया जा सकता है, और उच्च प्रदर्शन वाले उपकरणों की पहचान की जा सकती है। ओपीए बीम की विशिष्ट छवियां दिखाई जाती हैं, जिनमें ओपीए से उत्सर्जित बीम के साथ और बिना एक समान तरंग लंबाई के, और चैनलों की अलग-अलग संख्या के साथ दिखाया गया है। इसके अलावा, चरण अनुकूलन प्रक्रिया और दो आयामों में बीम स्टीयरिंग के दौरान आउटपुट बीम का विकास प्रस्तुत किया जाता है। अंत में, समान उपकरणों के बीम विचलन में भिन्नता का अध्ययन वेफर पर उनकी स्थिति के संबंध में किया जाता है।
ऑप्टिकल चरणबद्ध सरणी (OPAs) ऑप्टिकल बीम को गैर-यांत्रिक रूप से आकार देने और चलाने की उनकी क्षमता के कारण लाभप्रद हैं – यह प्रकाश का पता लगाने और लेकर (LIDAR), मुक्त अंतरिक्ष संचार और होलोग्राफिक प्रदर्शित करता है जैसे तकनीकी अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में उपयोगी है1। फोटोनिक सर्किट में OPAs का एकीकरण विशेष रुचि का है, क्योंकि यह एक छोटे से भौतिक पदचिह्न के साथ उनके निर्माण के लिए एक कम लागत समाधान प्रदान करता है। इंप, अल्गास और सिलिकॉन2,,3,,4सहित कई विभिन्न सामग्री प्रणालियों का उपयोग करके एकीकृत ओपीए का सफलतापूर्वक प्रदर्शन किया गया है। इन प्रणालियों में से, सिलिकॉन फोटोनिक्स शायद सबसे सुविधाजनक है, इसके उच्च अपवर्तक सूचकांक विपरीत और सीएमओएस5के साथ अनुकूलता के कारण। दरअसल,,सिलिकॉन-ऑन-इंसुलेटर प्लेटफॉर्म6,7,8,9,,10में ओपीए सर्किट का बड़े पैमाने पर प्रदर्शन किया गया है ; हालांकि, इन सर्किटों का अनुप्रयोग सिलिकॉन की तरंगदैर्ध्य पारदर्शिता खिड़की और उच्च nonlinear नुकसान दोनों द्वारा सीमित है, जिससे उपलब्ध आउटपुट ऑप्टिकल पावर पर एक सीमा होती है। हम इसके बजाय एसआईएन में एकीकृत OPAs पर ध्यान केंद्रित करते हैं, जो सीएमओएस क्षमता और पदचिह्न आकार11,,12के संदर्भ में सिलिकॉन के समान गुणों वाली सामग्री है। सिलिकॉन के विपरीत हालांकि, एसआईएन को अनुप्रयोगों की एक बड़ी श्रृंखला के लिए उपयुक्त होने की उम्मीद है क्योंकि पारदर्शिता खिड़की व्यापक है, कम से कम 500 एनएम तक है, और अपेक्षाकृत कम nonlinear नुकसान के लिए संभवतः उच्च ऑप्टिकल पावर धन्यवाद के लिए धन्यवाद।
ओपीए एकीकरण के प्रधानाचार्यों ने हाल ही में एसआईएन8,13,,14का उपयोग करते हुए प्रदर्शन किया है । यहां, हम इन प्रधानाचार्यों को दो आयामी बीम स्टीयरिंग के लिए एकीकृत ओपीए की विशेषता और संचालन की एक विधि प्रदर्शित करने के लिए विस्तार ित करेंगे। तरंगदैर्ध्य6की ट्यूनिंग पर भरोसा करने वाले दो आयामों में बीम स्टीयरिंग के पिछले प्रदर्शनों की तुलना में, हमारा सर्किट एक तरंगदैर्ध्य पर काम कर सकता है। हम पहले OPAs के पीछे ऑपरेटिंग सिद्धांतों का एक संक्षिप्त सिंहावलोकन प्रदान करते हैं । इसके बाद इस काम में इस्तेमाल होने वाले सर्किट का परिचय होता है। अंत में, लक्षण वर्णन विधि का वर्णन किया गया है और ओपा आउटपुट बीम की विशिष्ट छवियों को प्रस्तुत और चर्चा की जाती है।
OPAs बारीकी से दूरी उत्सर्जक है कि व्यक्तिगत रूप से ऑप्टिकल चरण को नियंत्रित करने के लिए संबोधित किया जा सकता है की एक सरणी से बना रहे हैं । यदि उत्सर्जक सरणी में एक रैखिक चरण संबंध मौजूद है, तो सुदूर क्षेत्र में हस्तक्षेप पैटर्न कई स्पष्ट रूप से अलग मैक्सिमा की पैदावार करता है – मल्टी-स्लिट हस्तक्षेप के सिद्धांतों के समान। चरण अंतर की भयावहता को नियंत्रित करके, अधिकतमा की स्थिति को समायोजित किया जा सकता है, और इसलिए, बीम स्टीयरिंग का प्रदर्शन किया जाता है। एकीकृत OPAs में, उत्सर्जक बारीकी से दूरी विवर्तन झंझरी से मिलकर बनता है जहां प्रकाश बिखरा हुआ है और चिप विमान से बाहर उत्सर्जित होता है । एक एकीकृत ओपीए डिवाइस का एक योजनाबद्ध उदाहरण चित्र 1ए, बीमें दिखाया गया है। प्रकाश चिप में युग्मित है, एक ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से इस मामले में, और फिर कई चैनलों में विभाजित है, प्रत्येक एक एकीकृत चरण मज़दूर युक्त । ऑप्टिकल सर्किट के दूसरे छोर पर, तरंग गाइड झंझरी में समाप्त होते हैं और ओपीए बनाने के लिए गठबंधन करते हैं। परिणामस्वरूप आउटपुट बीम में कई हस्तक्षेप मैक्सिमा शामिल हैं, जिनमें से सबसे प्रतिभाशाली को मौलिक पालि के रूप में जाना जाता है और यह अक्सर बीम स्टीयरिंग अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाने वाला है। मौलिक पालि की उत्सर्जन दिशा को दो अजीमुथल कोणों द्वारा चिप विमान के ऑर्थोगोनल प्रक्षेपण, क्रमशः झंझरी के उन्मुखीकरण के लिए परिभाषित किया गया है। इस दस्तावेज़ में, क्रमशः ‘लंबवत’ और ‘समानांतर’ उत्सर्जन कोण के रूप में संदर्भित किया जाएगा। लंबवत कोण ओपा चैनलों के बीच चरण अंतर से निर्धारित होता है, और समानांतर कोण आउटपुट झंझरी की अवधि पर निर्भर करता है।
हमारे एकीकृत सर्किट 600 x300एनएम2के क्रॉस सेक्शन के साथ एसआई 3 एन4 वेवगाइड का उपयोग करके निर्मित हैं, एक डिजाइन जिसे 905 एनएम की तरंगदैर्ध्य में प्रकाश के मौलिक ट्रांसवर्स इलेक्ट्रिक ध्रुवीकरण मोड के लिए अनुकूलित किया गया था। वेवगाइड के नीचे एक सिलिकॉन वेफर के शीर्ष पर एक 2.5 μm SiO2 बफर परत निहित है। थर्मल चरण शिफ्टर्स को 10 (100) एनएम मोटी टीआई (टीएन) परत से बनाया गया था जो 500 माइक्रोन लंबे और 2 माइक्रोन चौड़े प्रतिरोधी तारों के रूप में उपयोग किया जाता था। हमारे सर्किट में, 90 मीटर की बिजली के लिए एक चरण बदलाव प्राप्त करने के लिए आवश्यक है। ओपीए आउटपुट झंझरी में 0.5 के नाममात्र भरने वाले कारक और 670 एनएम और 700 एनएम के बीच झंझरी अवधि के साथ 750 पूरी तरह से नक़्क़ाशीदार अवधि शामिल है। मंच डिजाइन और निर्माण के बारे में अधिक जानकारी टायलर एट अल15,,16में दी गई है ।
इस काम में, दो अलग-अलग प्रकार के सर्किट ों की विशेषता है, चरण स्थानांतरण क्षमताओं के बिना एक निष्क्रिय सर्किट, और एक अधिक जटिल सर्किट, दो आयामों में बीम स्टीयरिंग करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। दो आयामी बीम स्टीयरिंग सर्किट चित्रा 2में दिखाया गया है । चित्रा 2A सर्किट की एक योजनाबद्ध और चित्रा 2B मनगढ़ंत डिवाइस की एक माइक्रोस्कोप छवि से पता चलता है । आग लगाने वाले झंझरी पर प्रकाश सर्किट में प्रवेश करता है। यह तो एक स्विचिंग नेटवर्क तक पहुंचता है, जहां यह चार उप सर्किट में से एक की ओर चुनिंदा कराई जा सकती है । प्रत्येक उप-सर्किट मल्टीमोड हस्तक्षेप उपकरणों (एमएमआई) का उपयोग करके प्रकाश को चार चैनलों में विभाजित करता है। चैनलप्रत्येक में एक थर्मल चरण मज़दूर होता है और सर्किट के अंत में एक ओपा बनाते हैं। चार उप सर्किट से निकलने वाले चार ओपीए में 670 एनएम और 700 एनएम के बीच एक अलग झंझरी अवधि शामिल है। ये अवधि 7 डिग्री और 10 डिग्री के बीच झंझरी धुरी के समानांतर अजीमुथल कोणों के अनुरूप होती है। सर्किट पर एक अधिक विस्तृत विवरण टायलर एट अल16में पाया जा सकता है ।
प्रस्तुत लक्षण वर्णन सेटअप एक स्वचालित जांच स्टेशन पर आधारित है जो एक पूरे वेफर में कई सर्किट पर माप की एक श्रृंखला करने में सक्षम है। यह वेफर पर स्थिति के सापेक्ष प्रदर्शन भिन्नता का अध्ययन करने और इष्टतम गुणों के साथ उपकरणों का चयन करने में सक्षम बनाता है। हालांकि, एक प्रोपर स्टेशन के उपयोग का तात्पर्य वेफर के ऊपर अपेक्षाकृत छोटे उपलब्ध स्थान के कारण ओपीए लक्षण वर्णन योजना में कुछ शारीरिक बाधाएं हैं। ऑप्टिकल चरणबद्ध सरणी के लक्षण वर्णन के लिए दूर क्षेत्र में ओपीए आउटपुट इमेजिंग की आवश्यकता होती है, जिसे कई तरीकों से किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, लेंस की एक श्रृंखला का उपयोग फोरियर इमेजिंग सिस्टम6 में किया जा सकता है या लैम्बर्टियन सतह पर गठित फारफील्ड छवि को या तो प्रतिबिंब या संचरण में देखा जा सकता है। हमारे सिस्टम के लिए, हमने चुना कि हमने वेफर सतह से लगभग 50 मिमी ऊपर रखे गए लेंस के बिना एक बड़ी सतह 35 मिमी x 28 मिमी सीएमओएस सेंसर रखने का सबसे सरल और सबसे कॉम्पैक्ट समाधान माना। इतने बड़े सीसीडी सेंसर की बढ़ी हुई लागत के बावजूद, यह समाधान लेंस के उपयोग के बिना पर्याप्त दृश्य की अनुमति देता है।
हमने एक एकीकृत ओपीए की विशेषता के लिए एक विधि प्रस्तुत की है। विधि का मुख्य लाभ आसानी से एक वेफर भर में कई मर जाता है जांच करने की क्षमता है, निर्माण विविधताओं के लिए देखने के लिए और उच्च प्रदर्शन उपकरणों की पहचान करने के लिए । यह चित्रा 8बीमें देखा जा सकता है । वेफर स्कैन से, यह स्पष्ट हो जाता है कि वेफर का निचला आधा कम बीम विचलन के साथ उपकरणों को प्रदर्शित करता है। यह उस क्षेत्र में एक उच्च तरंग गुणवत्ता द्वारा समझाया जा सकता है, जो यादृच्छिक चरण बदलाव को कम कर देता है और इसलिए बीम विचलन।
दूर क्षेत्र उत्पादन छवि के लिए एक बड़े क्षेत्र सीसीडी सेंसर का उपयोग एकीकृत सर्किट के मुक्त अंतरिक्ष उत्पादन छवि के लिए एक सुविधाजनक तरीका है, क्योंकि यह आसानी से अक्सर इस्तेमाल किया, bulkier, Fourier-इमेजिंग सिस्टम6की तुलना में अपने कॉम्पैक्ट आकार के कारण सबसे लक्षण वर्णन सेट अप करने के लिए जोड़ा जा सकता है ।
बीम कोण और विचलन माप की उच्च सटीकता की गारंटी देने के लिए, कैमरे के दौरान विशेष देखभाल की जानी चाहिए – OPA संरेखण। इसके अलावा, ओपीए प्रतिक्रिया अंशांकन के दौरान चरण और ध्रुवीकरण अस्थिरता के प्रति संवेदनशील है । इसलिए, क्षोभ के सभी स्रोतों को नियंत्रित किया जाना चाहिए- इंजेक्शन फाइबर, लेजर तापमान, आने वाले प्रकाश ध्रुवीकरण आदि का आंदोलन/कंपन।
सारांश में, एकीकृत OPAs की विशेषता के लिए एक विधि प्रस्तुत किया गया था। कैसे कुछ प्रकाश के लिए पर विवरण, कैसे सर्किट में चरण shifters को नियंत्रित करने के लिए और कैसे निकट और दूर क्षेत्र में उत्पादन छवि के लिए दिया गया । कई ओपीए सर्किट के आउटपुट बीम की विशिष्ट छवियां दिखाई गईं, जिनमें निकट अवरक्त में एक तरंगदैर्ध्य में दो आयामों में बीम स्टीयरिंग के परिणाम शामिल थे। इसके अलावा, हम बीम विचलन के मामले में एक वेफर भर में एक ही डिजाइन के साथ कई उपकरणों को मापने के परिणाम दिखाते हैं। वेफर पर स्थिति के संबंध में एक प्रदर्शन प्रवृत्ति पाई गई, उच्च गुणवत्ता वाले निर्माण गुणों वाले क्षेत्रों की पहचान की गई।
The authors have nothing to disclose.
इस काम को डेमो3एस परियोजना के माध्यम से फ्रांसीसी दिशा गेनेराले डेस एंट्रेप्स (DGE) द्वारा वित्त पोषित किया गया था।
25 ch electrical Probe | Cascade Microtech | InfinityQuad 25ch | |
35 mm CCD sensor | Allied Vision | Prosilica GT 6600 | |
Arduino uno | Arduino | A100066 | |
laser | Qphotonics | QFLD-905-10S | |
optical fibre | Corning | HI780 | |
polarization controller | ThorLabs | FPC023 | |
prober station | Cascade Microtech | Elite 300 |