Tests pour circuits intégrés photoniques

Stimulant le développement des réseaux à haut débit et de la 5G, la technologie des circuits photoniques intégrés (PIC) est bien connue dans le monde des télécommunications – principalement grâce au développement accéléré d’émetteurs-récepteurs et de composants passifs plus petits, plus rapides, moins coûteux et plus écologiques que leurs homologues en optique de volume. Les circuits photoniques intégrés sont également en train de s’imposer, tant du point de vue commercial que de la recherche, dans d’autres secteurs (par exemple, les laboratoires sur puce, la technologie lidar [ou de radar optique] ou l’informatique quantique).

En participant à des consortiums dans le monde entier, tels que AIM Photonics, EPIC et maintenant LUX Photonics, EXFO a établi des partenariats solides avec des fournisseurs importants afin d’offrir des solutions intégrées pour les tests de circuits photoniques intégrés.

Tests flexibles, précis et rapides pour les circuits photoniques intégrés

Avec l’essor de la photonique intégrée et les nouveaux défis qu’elle pose, il peut être difficile de suivre l’évolution des exigences en matière de tests optiques et d’équiper les laboratoires de photonique en conséquence pour mettre à l’essai des composants optiques actifs (c’est-à-dire qui émettent de la lumière) ou passifs (c’est-à-dire qui guident la lumière). Vous vous demandez peut-être : quelles sont les capacités d’essai spectral que je dois rechercher dès maintenant ou dans un avenir rapproché?  Découvrez ce qu’offre EXFO.

Tests de composants actifs

Il est assez simple de tester des composants actifs tels que les lasers et les amplificateurs présents sur les circuits photoniques intégrés.

Un analyseur de spectre optique peut être utilisé pour effectuer des tests sur des composants actifs. Il suffit de connecter la source lumineuse ou la sortie laser à l’analyseur optique pour obtenir le signal spectral des sources, comme il est illustré ci-dessous.

Les analyseurs de spectre optique de pointe comme le modèle OSA20 ont pour avantage d’être très rapides. Ils effectuent jusqu’à cinq balayages par seconde à des vitesses de 2 000 Nm/s, ce qui est suffisamment rapide pour permettre l’alignement des composants en temps réel. Et leur résolution est suffisamment élevée pour permettre la mesure de paramètres clés tels que le rapport signal sur bruit optique (OSNR pour optical signal-to-noise ratio) et le taux de suppression des modes latéraux (SMSR pour side-mode suppression ratio).

Tests de composants passifs

Il est encore plus difficile d’effectuer des tests des composants passifs basés sur les circuits photoniques intégrés, en raison du nombre élevé de ports sur certains composants comme les réseaux sélectifs planaires (AWG ou arrayed waveguide grating) ou du nombre de composants à tester sur un seul dé. Une plateforme de test de composants consiste en un système de détection multiport qui fonctionne en combinaison avec un laser accordable continûment en fréquence pour mesurer les pertes optiques d’insertion, l’affaiblissement de réflexion et les pertes liées à la polarisation sur toute la gamme spectrale du laser. Cette méthode permet d’obtenir rapidement un spectre optique présentant une résolution élevée des longueurs d’onde, généralement de l’ordre du picomètre.

Le CTP10 est une plateforme modulaire de test de composants qui caractérise les propriétés spectrales de dispositifs à nombre de ports élevé en un seul balayage avec une résolution de l’ordre du picomètre et une plage dynamique de 70 dB, même en utilisant le laser T100S-HP à 100 Nm/s. Le CTP10 fonctionne selon une plage de 1 240 à 1 680 Nm et il peut être utilisé pour un large éventail d’applications, notamment les télécommunications, la détection et les lidars. Grâce à ses éléments électroniques et son processeur interne, le transfert de données devient un jeu d’enfant. Le CTP10 peut être contrôlé à distance à l’aide de commandes SCPI, ce qui facilite son intégration dans une configuration automatisée de test de circuits photoniques intégrés, pour augmenter le débit de tests de ces circuits tout en réduisant leur durée.

Il existe également une solution de test plus compacte pour la caractérisation des composants de circuits photoniques intégrés avec un nombre limité de sorties. La plateforme CT440 a la même précision de longueur d’onde et la même couverture spectrale que la plateforme CTP10 et elle peut effectuer des mesures de la perte d’insertion et de la perte dépendante de la polarisation de la plateforme.

Émetteurs-récepteurs basés sur les circuits photoniques intégrés : tests de fonctionnement

La technologie des circuits photoniques intégrés est actuellement mise en œuvre pour faire face au stress de la bande passante touchant le secteur des émetteurs-récepteurs. Ce stress découle des exigences en matière de performance qui ne cessent de croître ainsi que des pressions sur les coûts qui sont exercées sur les centres de données et les applications 5G.

La qualification de bout en bout des émetteurs-récepteurs nécessite toute une gamme de testeurs optiques et électriques haut de gamme. Pour aider les fournisseurs d’émetteurs-récepteurs à assurer la conformité tout au long du cycle de vie de ces appareils, EXFO offre une gamme de solutions de tests électriques et optiques, du niveau de la tranche jusqu’aux dispositifs encapsulés, y compris l’oscilloscope à échantillonnage EA-4000 et le testeur de taux d’erreur sur bits BA-4000.

Composants optiques des circuits photoniques intégrés: de la conception au test et à la validation

La conception et la fabrication des dés pour les circuits photoniques intégrés évoluent rapidement, les tranches photoniques contenant désormais des milliers de composants que les fonderies mettent à leur disposition au moyen de trousses de conception de procédés (PDK). Pour créer et mettre à jour ces trousses, les fabricants de tranches ont besoin de solutions d’essai fiables qui servent à optimiser les différents paramètres d’intérêt pour un composant optique donné. Les résonateurs en anneau ont attiré beaucoup d’attention au cours des dernières années et ils sont couramment utilisés dans les conceptions de circuits photoniques intégrés, pour créer des pics et des creux extrêmement étroits qui peuvent être utilisés comme modulateurs, par exemple.

Les tests constituent une étape cruciale après la conception et la fabrication pour fournir un retour d’information aux outils de conception et pour contribuer à leur optimisation. Cette étape est également nécessaire pour le contrôle des procédés, afin de garantir que les dispositifs fonctionnent de la manière prévue tout au long de l’assemblage et du conditionnement des puces de circuits photoniques intégrés. Des tests pour les dispositifs avec circuits photoniques intégrés sont généralement effectués au niveau de la tranche avant le découpage en dés, afin de détecter les défauts le plus tôt possible et d’éviter de conditionner des dés défectueux.

À l’aide d’un poste d’essai de tranches de circuits photoniques intégrés, la lumière peut être couplée à l’entrée et à la sortie de chaque puce grâce à un matériel à fibre optique spécialisé et à un logiciel d’alignement de haute précision. Il est également possible de combiner simultanément plusieurs composants en utilisant un réseau de fibres. La précision de l’alignement et la vitesse permettent d’optimiser l’accouplement en une fraction de seconde.

Vue de la tranche de silicium en cours de test – avec l’aimable autorisation de MPI Corporation.

Une fois la lumière couplée dans la tranche, les caractéristiques optiques du dispositif soumis à l’essai (DSE) peuvent être mesurées en tant que fonction de la longueur d’onde. Les essais des dispositifs photoniques sont au cœur de l’expertise d’EXFO, et la plateforme CTP10 a été spécifiquement développée pour répondre aux principaux défis de mesure des circuits photoniques intégrés. La plateforme CTP10 peut mesurer des composants optiques à fort contraste spectral en un seul balayage, de manière fiable et précise.

La solution par excellence pour élaborer une solution d’essai complète

Comme dans la plupart des cas avec les nouvelles technologies, il faut plusieurs domaines d'expertise pour construire une solution complète. EXFO participe à des collaborations clés avec les chefs de file de l'écosystème PIC pour valider l'interopérabilité du matériel et des logiciels. Pour assurer une performance optimale de la solution de test globale, EXFO s'associe aux principaux fournisseurs de positionneurs de plaquettes de haute précision tels que MPI Corporation, Aerotech et FormFactor.

Un exemple récent est la collaboration entre Aerotech, EHVA et EXFO dans la démonstration d'une solution de test photonique intégrée et automatisée qui accélère le passage du laboratoire à la fabrication pour la photonique. Le logiciel de test photonique s'intègre de façon transparente à la technologie avancée de balayage laser continu d'EXFO et aux alignements photoniques de très haute précision d'Aerotech. Cette combinaison offre une fiabilité et une efficacité à la pointe de l'industrie. Lire l’article complet.

Tous les instruments d'EXFO peuvent être entièrement automatisés et exploités avec des intégrateurs de logiciels tiers comme EHVA, OptiInstrument et Maple Leaf Photonics pour fournir des solutions clés en main.