Kiểm tra mạch quang tích hợp (PICs)

Thúc đẩy sự phát triển của mạng tốc độ cao và 5G, vi mạch tích hợp quang tử (PIC) là một công nghệ nổi tiếng trong lĩnh vực viễn thông - chủ yếu là nhờ vào sự phát triển rầm rộ của các bộ thu phát và các thành phần thụ động nhỏ hơn, nhanh hơn, rẻ hơn và thân thiện hơn. PIC cũng đang nhận được sự quan tâm cả từ khía cạnh thương mại và nghiên cứu trong các lĩnh vực khác (ví dụ: phòng thí nghiệm chip, công nghệ LIDAR hoặc điện toán lượng tử).

EXFO đã hợp tác chặt chẽ với ngành PIC có nhịp độ nhanh này trong nhiều năm để phát triển các giải pháp phần cứng và phần mềm kiểm tra và đo lường (T&M) được tự động hóa, có thể mở rộng, nhanh chóng, chính xác và tối ưu hóa chi phí. Các giải pháp này bao gồm từ thử nghiệm quang học đơn giản đến xác định đặc tính quang phổ hoặc phân tích lưu lượng. Chúng đã được chứng minh khả năng tương tác với thiết bị của bên thứ ba như hệ thống xử lý đĩa wafer. Thông qua tư cách thành viên trong các tập đoàn (như AIM Photonics, EPIC, LUX Photonics và Optica), EXFO đã hợp tác với các nhà cung cấp lớn trên toàn thế giới để cung cấp các giải pháp tích hợp để kiểm tra PIC.

Kiểm tra PIC linh hoạt, chính xác và nhanh chóng

Với sự gia tăng của quang tử tích hợp và những thách thức mới đang đặt ra, có thể rất khó để duy trì các yêu cầu kiểm tra quang học liên tục và trang bị các phòng thí nghiệm quang tử phù hợp để kiểm tra các thành phần quang học chủ động hoặc thụ động. Bạn có thể tự hỏi mình: khả năng kiểm tra quang phổ nào Tôi nên tìm kiếm ngay bây giờ hoặc trong tương lai gần? Làm cách nào tôi có thể nhận phân tích lưu lượng cho PIC? Đọc tiếp để khám phá các giải pháp có sẵn cho bạn.

Kiểm tra thành phần quang chủ động

Việc kiểm tra các thành phần chủ động như laser và bộ khuếch đại được tìm thấy trên PIC thường được thực hiện bằng máy phân tích quang phổ (OSA). Dụng cụ kiểm tra đa năng này đo tín hiệu quang phổ của các nguồn, như hình dưới đây.

Hình 1: Kiểm tra thành phần quang chủ động với OSA

Máy phân tích quang phổ OSA20 của EXFO có nhiều tính năng nổi bật như thực hiện tới năm lần quét mỗi giây ở tốc độ 2000 nm/s, đủ nhanh để căn chỉnh thành phần theo thời gian thực và với độ phân giải đủ cao để cho phép đo của các tham số chính như OSNR và SMSR.

Kiểm tra thành phần quang thụ động

Việc kiểm tra các thành phần thụ động dựa trên PIC thường gặp khó khăn do số lượng cổng cao của một số thành phần như cách tử ống dẫn sóng dạng mảng (AWG) hoặc số lượng lớn các thành phần cần kiểm tra trên một khuôn. Platform kiểm tra thành phần quang là một hệ thống phát hiện đa cổng hoạt động cùng với một laser có thể điều chỉnh liên tục để đo suy hao chèn, suy hao phản xạ và suy hao phụ thuộc phân cực trên phạm vi quang phổ của laser. Phương pháp này thu được quang phổ nhanh chóng và có độ phân giải bước sóng cao.

CTP10 là một platform kiểm tra thành phần mô-đun đặc trưng cho các đặc tính phổ của thiết bị có số lượng cổng lớn trong một lần quét với độ phân giải picometer và dải động 70 dB, ngay cả ở tốc độ quét 100 nm/s. CTP10 hoạt động ở bước sóng từ 1240 đến 1680 nm và bao gồm một loạt các ứng dụng, bao gồm viễn thông, cảm biến và LIDAR. Phần cứng và bộ xử lý nội bộ của nó giúp việc truyền dữ liệu trở nên dễ dàng. CTP10 có thể được điều khiển từ xa bằng các lệnh SCPI, tạo điều kiện tích hợp như một phần của thiết lập kiểm tra PIC tự động, tăng thông lượng kiểm tra PIC trong khi giảm thời gian kiểm tra.

Hình 2: Phép đo IL ổn định của bộ cộng hưởng vòng được thực hiện bằng CTP10

Để mô tả đặc tính của các thành phần PIC với một số đầu ra hạn chế, CT440 là một giải pháp nhỏ gọn hơn. CT440 có cùng độ chính xác bước sóng và độ bao phủ phổ như CTP10 và có thể thực hiện các phép đo IL/PDL.

Kiểm tra có thể cấu hình lại

Khi kiểm tra hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn thành phần trên một tấm wafer, tự động hóa nhanh chóng trở nên cần thiết. Điều này đặc biệt bởi vì trường hợp xem xét rằng các chức năng quang học có thể khác nhau giữa các thiết bị. Do đó, các giải pháp kiểm tra PIC cần giải quyết việc cấu hình lại nhanh chóng thông qua việc sử dụng các bộ chuyển mạch quang tự động. Ngoài ra, các bài kiểm tra một điểm, đơn giản hơn cũng có thể có lợi cho tốc độ tổng thể của quá trình kiểm tra và đo lường (T&M).

Các giải pháp của EXFO giải quyết thách thức này từ hai góc độ. Đầu tiên, loạt mô-đun FTBx cung cấp các khối xây dựng kiểm tra quang học cho cấu hình kiểm tra máy đo công suất + laser đơn giản với nhiều khả năng bổ sung bộ suy hao, bộ chuyển mạch hoặc các loại nguồn quang học khác nhau. Thứ hai, bộ chuyển mạch MXS giải quyết nhu cầu cấu hình lại nhanh chóng nhưng có thể lặp lại, chuyển đổi sang một cấu hình mới trong một giây.

Bộ thu phát dựa trên PIC: Phân tích lưu lượng

Mạch tích hợp quang tử là công nghệ hiện đang được triển khai để giải quyết căng thẳng băng thông đang diễn ra trong ngành công nghiệp thu phát. Sự căng thẳng này là do nhu cầu hiệu suất ngày càng tăng và áp lực chi phí mà các trung tâm dữ liệu và ứng dụng 5G phải chịu.

Hình 3: Phân tích biểu đồ mắt sử dụng EA-4000

Chất lượng của các bộ thu phát đầu cuối yêu cầu các thiết bị kiểm tra cao cấp. Để giúp các nhà cung cấp bộ thu phát đảm bảo tuân thủ trong suốt vòng đời của bộ thu phát, EXFO cung cấp một loạt các giải pháp kiểm tra điện và quang học từ cấp wafer đến các thiết bị đóng gói, bao gồm máy phân tích biểu đồ mắt EA-4000 và thiết bị kiểm tra tỷ lệ lỗi bit BA-4000.

Các thành phần quang học PIC: từ thiết kế đến kiểm tra và xác nhận

Thiết kế và sản xuất khuôn PIC đang hoàn thiện nhanh chóng, với các wafer quang tử hiện có chứa hàng nghìn thành phần do các xưởng đúc có sẵn thông qua các bộ thiết kế quy trình (PDK). Để tạo và cập nhật các PDK này, các nhà sản xuất wafer yêu cầu các giải pháp kiểm tra đáng tin cậy để tối ưu hóa các thông số quan tâm khác nhau cho một thành phần quang học nhất định. Bộ cộng hưởng vòng đã thu hút rất nhiều sự chú ý trong những năm gần đây và thường được tìm thấy trong các thiết kế PIC để tạo ra các đỉnh/đáy cực kỳ hẹp có thể được sử dụng làm bộ điều biến chẳng hạn.

Kiểm tra là một bước quan trọng sau khi thiết kế và sản xuất để cung cấp phản hồi cho các công cụ thiết kế và giúp tối ưu hóa chúng. Nó cũng cần thiết để kiểm soát quá trình, để đảm bảo rằng các thiết bị hoạt động như mong đợi trong suốt quá trình lắp ráp và đóng gói chip PIC. Các thiết bị PIC thường được kiểm tra ở cấp độ wafer trước khi cắt kim loại để phát hiện ra các khuyết tật càng sớm càng tốt và tránh các khuôn dập bị lỗi khi đóng gói.

Hình 4: Tấm wafer đang được kiểm tra - do MPI Corporation cung cấp

Khi ánh sáng được ghép vào tấm wafer, các đặc tính quang học của DUT có thể được đo. Thử nghiệm các thiết bị quang tử là trọng tâm của chuyên môn của EXFO; CTP10 giải quyết cụ thể các thách thức đo lường PIC chính. Các giải pháp kiểm tra PIC của EXFO có thể đo các thành phần quang học một cách nhanh chóng, đáng tin cậy và chính xác.

Một sự phù hợp hoàn hảo để xây dựng một giải pháp thử nghiệm hoàn chỉnh

Như trong hầu hết các trường hợp với các công nghệ mới, cần một số lĩnh vực chuyên môn để xây dựng một giải pháp toàn diện. EXFO tham gia vào các hợp tác quan trọng với các nhà lãnh đạo ngành của hệ sinh thái PIC để xác nhận khả năng tương tác của phần cứng và phần mềm. Để đảm bảo hiệu suất tối ưu của giải pháp kiểm tra tổng thể, EXFO hợp tác với các nhà cung cấp lớn về thiết bị định vị tấm wafer có độ chính xác cao như MPI Corporation, Aerotech và FormFactor.

Hình 5: Giải pháp hoàn chỉnh điển hình để kiểm tra mức wafer tự động của các mạch tích hợp quang tử (PICs)

Một ví dụ gần đây là sự hợp tác giữa Aerotech, EHVA và EXFO trong việc trình diễn giải pháp thử nghiệm quang tử tích hợp tự động giúp tăng tốc phòng thí nghiệm để tìm kiếm quang tử. Phần mềm kiểm tra quang tử tích hợp liền mạch với công nghệ quét tia laser liên tục quét tiên tiến của EXFO và bộ đo quang tử có độ chính xác cực cao của Aerotech. Sự kết hợp mang lại độ tin cậy và hiệu quả hàng đầu trong ngành.

Hình 6: Tăng tốc phòng thí nghiệm quang tử để kết hợp với Aerotech, EHVA và EXFO