为了保障硅光芯片的良品率，硅光芯片测试是不可或缺的重要环节。硅光芯片测试即是对硅基光子集成而来的器件模块进行参数测量与使用场景验证的过程，通常包括晶圆级耦合分档、光纤阵列-硅光波导、可靠性于老化的前后复测、近场/远场成像与偏振表征等测试环节。在这些环节里，我们常会用到一个熟悉的工具——光纤耦合位移台，被用来快速精密定位和稳定夹持。

图1 硅光芯片测试

一、光纤耦合位移台的分类与优缺点

  光纤耦合位移台可分为以下几类：六轴手动耦合台、六轴半/全电动耦合位移台、视觉测距一体全自动六轴耦合位移台。下面我们分别来讨论不同的位移台的特点及匹配的应用场景。

1、六轴手动耦合台

  六轴手动耦合台各轴常使用微分头进行调节，如图2所示，这种类型的耦合台分辨率可以达到0.5微米/0.49°级别。

  优点是结构直观、维护简易、搭建成本低。

  局限是分辨率和精度不高、依赖人工以及节拍和重复性比较受限。

  一般使用在前期的封装打样、小批量耦合测试和工艺的摸索测试阶段。

图2 六轴手动耦合台

2、六轴半/全电动耦合位移台

  这类位移台又大致分为两类：

（1）六轴半电动耦合位移台由部分高精度的位移位移台和手动位移台组成，具体的配置由使用者决定。

（2）六轴全电动耦合位移台全部是由高精度的位移位移台组成，如图3所示，分辨率最高可达纳米级别，可以支持轴向扫描和区域扫描算法。

  优点是可以进行自动寻优、速度快、重复性高；

  局限的是成本高、系统集成性高以及夹具要求高；

  一般使用在批量耦合、阵列器件对准以及对节拍与一致性要求高的产线或者验证平台上。

图3 六轴全电动耦合位移台

3、视觉测距一体全自动六轴耦合位移台

  由六轴全电动耦合位移台、测距传感器和多棱镜视觉对准组成，可以进行高度和平行度的自动标定以及对准。

  优点是高度与平行度校准精度高，可以降低装夹误差；

  局限是系统的复杂度极高，对与配套设备要求极高，属于是专门定制的产品；

  一般使用在FA-波导耦合以及对平行度/间隙有严格要求的器件测试平台。

二、六轴耦合位移台的芯片测试步骤

  在使用六轴耦合位移台进行测试时，一般按照以下操作步骤进行测试：

（1）装夹与视觉对准：将芯片固定在载物台上，然后将光纤阵列装到耦合位移台上，在CCD或者显微镜下观察图像，进行初步的粗对准，主要是要让光纤端面和器件耦合区共面且阵列方向正确，图4正在进行装夹与对准。

图4 装夹与视觉对准^[1]

（2）初始的高度与平行度校准：这步主要是调节耦合位移台先让光纤尖端轻触参考面记录初始高度，再进行光纤阵列尖端连线与芯片表面平行度的校准，确保垂直方向的一致性和阵列的共面性。

（3）光功率耦合：首先分别连接好可调谐激光源、偏振控制器以及光功率计，然后通过光功率计在功率-位置曲线图上找出各通道的局部最优解，以此为依据来完成X、Y、Z三轴的初步定位。

（4）角度耦合：调节俯仰、偏转、摆动三个自由度，结合功率和光谱或者偏振指标寻找峰值，在小角度窗口内进行步进扫描，按照一阶/二阶搜索收敛，对于多通道器件，优先用“首末通道约束+阵列全局平滑”进行搜索，减少通道间的干扰。

（5）UV固化：先将芯片固定在载台上，然后先小剂量固定好位置与胶形，防止后续操作移位，然后进行精细耦合与对准，确认指标稳定后进行主固化。

（6）复测与固定：固化后需要复测插损、回损、偏振等指标，必要的情况下进行小幅的回扫补偿，最后锁紧固定个轴并符合指标。

三、电动六轴光纤耦合位移台产品介绍

  光品汇商城的电动六轴光纤耦合台具有以下特点，如图5所示：

图5 HPG6A20A-L和HPG6A20A-R

  （1）不锈钢交叉滚柱导轨，额定寿命可达传统产品的6倍；

  （2）1 mm的导程，可实现微米级位移控制；

  （3）高精度五相步进电机，重复定位精度可达±0.5 μm量级；

  （4）高精度六自由度控制，自由度精度可达±0.2微米级/±0.001°。

除此之外，光品汇商城提供配套使用的运动控制器，可搭配电动六轴光纤耦合位移台进行使用，只需进行简单的安装部署便可以对位移台进行运动控制。

图6  五相步进电机位移台控制器（该控制器具备同时进行多轴控制的能力，脉冲采用高细分微步控制，可以极大的提高控制精度，满足高性能五相步进电机的使用，内部采用高性能的可编程控制器以及驱动器，可长期稳定运行。）

参考文献：[1] L. Chrostowski and M. Hochberg, Silicon Photonics Design: From Devices to Systems. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2015.