探針臺
Probe Stations
一、操作流程：
1、設(shè)備準(zhǔn)備：
光源（波長匹配，如1550 nm）、光功率計、光纖夾具、六軸位移臺。
清潔光纖端面和芯片耦合區(qū)域（使用異丙醇和無塵布）。
2、輸入功率校準(zhǔn) P(fiber) ：
斷開芯片，將光纖直接連接至功率計，記錄輸出功率 P(in) （需扣除連接器損耗）。
3、芯片耦合功率測量 P(chip)：
將光纖對準(zhǔn)芯片耦合結(jié)構(gòu)（端面/光柵），通過位移臺微調(diào)至功率計讀數(shù)最大。
記錄穩(wěn)定后的輸出功率 P(out)
4、效率計算：
注意：若芯片有多個輸出端口，需匯總所有端口功率。
5、波長掃描（可選）：
在目標(biāo)波段（如1520-1580 nm）內(nèi)步進(jìn)掃描，驗證寬帶性能。
二、實驗中的常見問題及方案解決
1. 效率測量值異常低
| 可能原因 | 排查步驟 | 解決方案 |
|---|---|---|
| 端面污染或損傷 | 1、顯微鏡觀察端面是否有劃痕或顆粒。 2、紅外相機(jī)檢查光斑是否畸變。 | 1、等離子清洗（O?/Ar混合氣體）。 2、重新拋光端面（8°斜角拋光）。 |
| 模場嚴(yán)重失配 | 1、仿真對比光纖與波導(dǎo)的模場尺寸（MFD）。 2、近場掃描實測模場重疊度。 | 1、添加錐形波導(dǎo)擴(kuò)展模場。 2、使用模場轉(zhuǎn)換器（如SiN過渡層）。 |
| 未對準(zhǔn)（X/Y/Z/角度） | 1、紅外相機(jī)觀察光斑偏移。 2、六軸位移臺微調(diào)時監(jiān)測功率變化。 | 1、主動對準(zhǔn)算法（如爬山法）。 2、設(shè)計對準(zhǔn)標(biāo)記（十字/光柵） |
| 反射損耗未抑制 | 1、測量回波損耗（OTDR或光環(huán)形器） | 1、鍍抗反射膜（如λ/4 SiN膜）。 2、端面斜切（8°~10°）。 |
2. 功率讀數(shù)不穩(wěn)定
| 可能原因 | 排查步驟 | 解決方案 |
|---|---|---|
| 機(jī)械松動或振動 | 1、輕觸光纖觀察功率跳變。 2、檢查夾具螺絲是否擰緊。 | 1、紫外膠固化或激光焊接固定。 2、 使用陶瓷夾具（低熱膨脹）。 |
| 溫度漂移 | 記錄溫度變化與功率波動相關(guān)性 | 1、溫控平臺（±0.1°C）。 2、選用低TCE材料（如玻璃基板）。 |
| 光源不穩(wěn)定 | 隔離光源直接測功率穩(wěn)定性 | 1、更換穩(wěn)定激光器。 2、增加光隔離器 |
3. 波長依賴性過強(qiáng)
| 可能原因 | 排查步驟 | 排查步驟 |
|---|---|---|
| 光柵耦合器設(shè)計問題 | 測試不同波長下的效率曲線 | 1、優(yōu)化光柵參數(shù)（周期、占空比）。 2、使用啁啾光柵拓寬帶寬。 |
| 波導(dǎo)色散過大 | 仿真波導(dǎo)的有效折射率隨波長變化 | 1、改用低色散材料（如SiN）。 2、設(shè)計色散補(bǔ)償結(jié)構(gòu) |
4、多模干擾（光斑分裂/效率波動）
| 可能原因 | 排查步驟 | 排查步驟 |
|---|---|---|
| 光纖激發(fā)高階模 | 1、觀察輸出光斑是否分裂。 2、模式分析儀檢測。 | 1、使用單模光纖。 2、添加模場濾波器。 |
| 波導(dǎo)尺寸是否支持多模 | 仿真波導(dǎo)的模場分布 | 1、縮小波導(dǎo)尺寸至單模條件。 2、 設(shè)計模場適配器。 |
5、長期可靠性問題
| 可能原因 | 可能原因 | 排查步驟 |
|---|---|---|
| 材料老化（膠水/涂層） | 高溫高濕測試后效率衰減 | 1、改用耐候性材料（如環(huán)氧樹脂）。 2、密封封裝。 |
| 金屬化層氧化 | 電鏡觀察電極氧化情況 | 1、鍍金保護(hù)層。 2、 惰性氣體環(huán)境存儲 |
三、快速排查流程圖
四、工具與設(shè)備推薦
對準(zhǔn)工具：六軸位移臺、顯微鏡觀察系統(tǒng)、相機(jī)、光纖夾具等。
測量設(shè)備：光功率計、光譜分析儀（波長相關(guān)測試）、激光器等。
