本發(fā)明涉及一種硅基光子芯片的檢測技術(shù)，尤其涉及的是一種硅基光子器件的自動對光裝置及方法。

背景技術(shù)：

硅基光子集成技術(shù)在過去十幾年受到了廣泛的關(guān)注，分別在通信傳輸、數(shù)據(jù)處理以及生化傳感等領(lǐng)域得到了快速的發(fā)展。伴隨著這些技術(shù)的發(fā)展，硅基光子芯片的耦合封裝技術(shù)也被廣泛的研究，針對硅基光子集成芯片，目前主要有兩種耦合方式，一種是端面耦合，即光波導(dǎo)的端面與光纖的端面平行對準(zhǔn)，利用光纖或者波導(dǎo)出射的光一定程度的準(zhǔn)直性直接進(jìn)行信號的發(fā)送和接收；另外一種是垂直耦合，通過芯片上制作好的垂直耦合光柵結(jié)構(gòu)進(jìn)行信號的接收和傳送。相對于端面耦合，垂直耦合具有更大的對準(zhǔn)容差，無需劃片拋光，易于封裝等優(yōu)點(diǎn)。在生化傳感領(lǐng)域，硅基微納器件(如微環(huán))由于其傳感器超小的尺寸，可以在一個微小芯片上實(shí)現(xiàn)很高的集成度，從而在同一個芯片上實(shí)現(xiàn)多物質(zhì)傳感，如果將耦合封裝好的芯片供給客戶使用，勢必會使用到陣列光纖將芯片上的多個傳感器信號批量傳出，然而這種方法由于引入陣列光纖，必然會增加單個芯片封裝成本。目前是使用圖像識別技術(shù)來實(shí)現(xiàn)傳感器的定位，圖像識別技術(shù)的算法更為復(fù)雜，成本較高，不適合大批量的生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種硅基光子器件的自動對光裝置及方法，實(shí)現(xiàn)較為簡單的自動對光。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟：

(1)在待測芯片上制備至少兩個相互對稱的反射鏡，所述反射鏡結(jié)構(gòu)的耦合光柵結(jié)構(gòu)與芯片上的目標(biāo)器件的耦合光柵結(jié)構(gòu)相同；

(2)將光纖探頭在待測芯片表面劃定區(qū)域內(nèi)逐點(diǎn)進(jìn)行二維掃描，所述并對相隔一定位置的點(diǎn)進(jìn)行反射光功率的檢測，所述劃定區(qū)域包含目標(biāo)器件和反射鏡；

(3)劃定區(qū)域掃描完成后，得到位置與光功率的對應(yīng)信息，找到最大功率所在的坐標(biāo)，該坐標(biāo)即為反射鏡的位置，同理獲得與該反射鏡相對稱的另一個反射鏡；

(4)反射鏡的位置與目標(biāo)器件的輸入輸出點(diǎn)相對位置固定，通過兩個反射鏡的位置找到目標(biāo)器件的輸入輸出點(diǎn)，將輸入輸出光纖與目標(biāo)器件的垂直耦合光柵結(jié)構(gòu)對準(zhǔn)即可。

所述步驟(2)中，通過二維遍歷掃描的算法來尋找待測芯片中的反射鏡位置?？梢院唵斡?jì)算得到反射鏡的位置。

所述步驟(2)中，光纖探頭距離待測芯片表面劃定區(qū)域的垂直距離小于1mm。便于測量精準(zhǔn)，減少反射干擾。

所述步驟(2)中，劃定區(qū)域的形狀為矩形。矩形形狀便于計(jì)算。

所述對光方法還包括精確調(diào)節(jié)，具體步驟如下：將待測芯片一端的光纖作為輸出端，另一端的光纖作為輸入端，輸出端的光纖保持靜止，輸入端的光纖在待測芯片表面保持z軸方向不動，在x軸方向和y軸方向上實(shí)現(xiàn)掃描，同時記錄每個點(diǎn)的功率大小，根據(jù)功率與位置的對應(yīng)關(guān)系，將輸入端的光纖移動到功率最大的位置，然后重復(fù)兩次，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)器件的一端耦合光柵結(jié)構(gòu)對準(zhǔn)的精調(diào)，同理實(shí)現(xiàn)目標(biāo)器件的另一端耦合光柵結(jié)構(gòu)的對準(zhǔn)精調(diào)。

一種使用所述的硅基光子器件的自動對光方法的對光裝置，包括激光器、光開關(guān)和兩個結(jié)構(gòu)相同的對光件，每個對光件包括三維調(diào)節(jié)架、光纖、光纖夾具、功率計(jì)和光環(huán)形器，所述光纖的一端裸露，另一端連接光環(huán)形器，所述光纖的裸露端夾持在光纖夾具上，所述光纖夾具連接在三維調(diào)節(jié)架上，所述光環(huán)形器連接功率計(jì)，所述激光器連接在光開關(guān)上，所述光開關(guān)分別連接兩個對光件上的光環(huán)形器；所述兩個對光件上光纖的裸露端分別位于待測芯片的兩端。

所述三維調(diào)節(jié)架的通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動調(diào)節(jié)，最小步進(jìn)距離為100nm。能夠在x，y，z三個方向上移動，同時可以實(shí)現(xiàn)移動精度為亞微米級別。

所述光纖的裸露端具有傾斜角為6～10°的傾斜面，可有效的減少光纖端面反射帶來的干擾，提高信噪比。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明操作簡單，算法實(shí)現(xiàn)更加簡單，無需復(fù)雜的光路以及自動調(diào)焦的過程，大大簡化了自動對光的過程，降低了系統(tǒng)的成本，且整個對光的時間較短，適合普通使用者操作。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是待測芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是光纖與待測芯片的局部示意圖。

具體實(shí)施方式

下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

如圖1所示，本實(shí)施例的自動對光裝置，包括激光器1、光開關(guān)2和兩個結(jié)構(gòu)相同的對光件，每個對光件包括三維調(diào)節(jié)架5、光纖6、光纖夾具10、功率計(jì)3和光環(huán)形器4，所述光纖6的一端裸露，另一端連接光環(huán)形器4，所述光纖6的裸露端夾持在光纖夾具10上，所述光纖夾具10連接在三維調(diào)節(jié)架5上，所述光環(huán)形器4連接功率計(jì)3，所述激光器1連接在光開關(guān)2上，所述光開關(guān)2分別連接兩個對光件上的光環(huán)形器4；所述兩個對光件上光纖6的裸露端分別位于待測芯片7的兩端。

如圖2所示，本實(shí)施例待測芯片7中有相互對稱的反射鏡8和目標(biāo)器件9，的反射鏡8包括一個垂直耦合光柵，一個功分器以及環(huán)形波導(dǎo)，光通過垂直耦合光柵輸入進(jìn)微納目標(biāo)器件9，再通過功分器分束，兩束光經(jīng)過環(huán)形波導(dǎo)繞一圈，再通過功分器、耦合光柵重新返回到耦合光纖6中。圖中虛線為矩形劃定區(qū)域。

整個系統(tǒng)中光路徑如下：首先從激光器1中發(fā)射光，先通過光開關(guān)2先切換到左邊通道，進(jìn)入光環(huán)形器4，再通過光纖6將光打到待測芯片7表面。

本實(shí)施例的三維調(diào)節(jié)架5的通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動調(diào)節(jié)，最小步進(jìn)距離為100nm。能夠在x，y，z三個方向上移動，同時可以實(shí)現(xiàn)移動精度為亞微米級別。

如圖3所示，本實(shí)施例的光纖6的裸露端具有傾斜角為8°的傾斜面，可有效的減少光纖6端面反射帶來的干擾，提高信噪比。若光纖6的端面為垂直時，將會存在至少4％的由端面造成的反射光，為了減少光纖6端面反射帶來的干擾，所以將光纖6的端面切成傾斜角α為8°斜面。

本實(shí)施例的自動對光過程如下：

首先在待測芯片7上制備至少兩個相互對稱的反射鏡8，所述反射鏡8結(jié)構(gòu)的耦合光柵結(jié)構(gòu)與芯片上的目標(biāo)器件9的耦合光柵結(jié)構(gòu)相同；

利用光開關(guān)2切換到圖1中的左側(cè)通道，將三維調(diào)節(jié)架5帶動光纖6先在z方向下降距離芯片表面<1mm處，將光纖探頭在待測芯片7表面的矩形劃定區(qū)域內(nèi)逐點(diǎn)進(jìn)行二維掃描，通過光環(huán)形器4和功率計(jì)3記錄每個掃描點(diǎn)處的反射光強(qiáng)度，最后光強(qiáng)度與掃描坐標(biāo)形成一一對應(yīng)的關(guān)系，當(dāng)光纖6移動到反射鏡8處時，會有很強(qiáng)的反射光重新回到光纖6中，并經(jīng)過光環(huán)形器4進(jìn)入功率計(jì)3，此時的光強(qiáng)度將強(qiáng)于其他處的反射光強(qiáng)度，通過這種特性以及最終形成的反射光和坐標(biāo)位置的一一對應(yīng)關(guān)系，可以確定各個反射鏡8的坐標(biāo)關(guān)系，由于裝配的誤差原因，待測芯片7存在一定程度的傾斜，所以盡量使掃描范圍中存在兩個或以上反射鏡8，最后根據(jù)待測芯片7的版圖，確定反射鏡8與目標(biāo)器件9的相對位置，通過確定的相對位置，由反射鏡8可以尋找到目標(biāo)器件9一端的耦合光柵結(jié)構(gòu)，

當(dāng)光開關(guān)2切換到右側(cè)通道，可實(shí)現(xiàn)尋找到目標(biāo)器件9另一端的耦合光柵結(jié)構(gòu)，完成粗調(diào)。

精調(diào)過程如下：

將待測芯片7一端的光纖6作為輸出端，另一端的光纖6作為輸入端，輸出端的光纖6保持靜止，輸入端的光纖6在待測芯片7表面保持z軸方向不動，在x軸方向和y軸方向上實(shí)現(xiàn)掃描，通過記錄掃描過程中每點(diǎn)輸出口功率的大小，確定最強(qiáng)功率的坐標(biāo)，將光纖6移動到此處，重復(fù)兩次，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)器件9一端耦合光柵的對準(zhǔn)精調(diào)，同理可以實(shí)現(xiàn)另一端的精調(diào)。

將本發(fā)明的自動對光方法用在生化傳感領(lǐng)域中，通過電動精密三維調(diào)節(jié)架5來調(diào)節(jié)入射光纖和出射光纖，找到目標(biāo)器件9傳感器的光柵位置，在入射信號固定的情況下，可以通過判斷出射信號的變化來判斷傳感器的狀態(tài)，從而可以判斷出待檢測物質(zhì)的濃度等信息。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。