【应用】IC测试实例系列技术专题——无源/有源硅光芯片器件测试方法和测试方案

时间： 2018-09-17 来源：Keysight

技术问答

典型的光电芯片分为无源芯片：阵列光波导（AWG）、可变光衰减器（VOA）、PLC 光分路器；及有源芯片：激光器（DFB 激光器、VCSELS激光器）、光调制器、光电探测器等光-电、电-光芯片，以实现信号的光信号的方向/功率控制及光-电、电-光转换。

针对基于硅光技术的各种不同的芯片/器件，是德科技都可以提供相应的测试方案。根据硅光芯片/器件的应用，分为无源和有源两大类硅光芯片/器件的测试方案。

无源硅光芯片/器件测试方法和测试方案

光芯片耦合的探针台及参数测试整体方案

光无源器件的发展相对较为成熟，产品种类多(例如光分路器、波分复用/解复用器、光滤波器等)，应用十分广泛，对其测试参数早已有国际标准规范进行定义，并且也出现了完整的参数测试解决方案。目前广泛遇到的难点在于如何高效进行光芯片层面的测试。光芯片测试时，其耦合效率低、耦合损耗大、测试方案自动化程度不高等问题成为了大家普遍的诉求。

为了解决这一问题，满足光芯片的片上测试需求，是德科技联合 FormFactor(formerly Cascade Microtech)和 Physik Instrumente 等合作厂商一起推出了光探针耦合测试平台系统，如下图所示：

光探针耦合测试平台系统包括三个部分:

a. 是德科技提供的基于波长扫描的光无源器件测试仪表硬件和软件（下一部分详细介绍）；

b. FormFactor(formerly Cascade Microtech)提供的射频及光探针平台；

c. Physik Instrumente 提供的光探针对准系统。

三大厂商合作推出的这套系统优势在于可以完全自动化的进行光探针耦合对准以及所需各种光学参数的自动化测试，能够极大提高测试效率、测试精度及测试可靠性。下面重点介绍KEYSIGHT提供的光无源测试系统。

波长扫描光无源测试系统平台介绍——针对技术相对成熟的无源光芯片测试

主要测试参数：

插入损耗IL/偏振相关损耗PDL
回波损耗RL

传统的测试方法可以通过宽带光源+光谱分析仪实现，但如果要达到更高的波长分辨率和测试动态范围，采用高性能/快速可调光源+多通道功率计进行扫描测试，更为准确。尤其是针对多通道器件（波分复用器件）以及需要测试偏振相关损耗的器件，可调光源+偏振控制器+多通道光功率计可能是唯一可行的测试方案。

因此我们推荐的测试方案由高性能高分辨率可调光源（81600B+86106A）、 8通道光功率计（N7745A)）、回波损耗模块（81613A）以及偏振控制器（N7786B）组成，配合自动光探针耦合对准系统，以及相关测试软件N7700A，就能够支持各种多端口无源光芯片（CWDM/DWDM光复用器/解复用器/PLC光分路器/阵列波导AWG芯片等）的On-wafer级别测试。测试系统框图如下所示：

使用N7700A-100，N7700A-101进行40通道AWG的IL/PDL 测试结果如下：

有源硅光芯片/器件的测试方法和测试方案

混合光有源器件的直流波长响应测试方案

所谓混合光电芯片/器件，是指将有源部分（如光电转换器）和无源部分（如光解复用器）结合在一起的芯片或器件。现在业内有两种典型的这样的器件，一个是用在相干光通信领域的集成相干光接收机 ICR，另一个是用在 100GE 里面的接收机组件（如 100G-LR4的 ROSA）。

下图是典型的完整相干光接收机，包括黄色的 ICR 部分和灰色的 DSP 处理部分。ICR部分集成了无源光波导（包括分路器 BS/PBS，光混频器 Hybrid）和有源光电探测器及 TIA 差分放大器。

主要测试参数：

（除了要进行交流参数测试外，还要考虑包括无源光波导在内的整体通道的直流波长响应的测试，包括以下几点）

DC 响应度
DC CMRR（直流共模抑制比）
偏振消光比 PER
PD的暗电流
光回波损耗

另外一类混合光电器件是用于 100G-LR4 的 ROSA，例如下图，在波长解复用器后端集成了光探测器。

主要测试参数：

DC响应度 vs. 波长、
PD的暗电流、
平衡端口的直流 CMRR等等

对于 ICR 的直流特性测试，需要测试其 IL/PDL/ER/响应度 /CMRR 等参数，方案框图如下所示（图中的可调谐光源 81960A 可以换成其他型号如 81606A 等）：

而对于 100G-LR4 ROSA的直流测试，也需要进行 IL/PDL/响应度等参数测试，测试方案框图类似，例如下所示（上面为测试连接框图，下面为典型测试界面）：

基于LCA和探针台的频域测试

光芯片经过初步筛选后，对直流参数合格芯片在微波探针台上通过 N4373D 光波元件分析仪（LCA）进行小信号测试。小信号测试主要是针对电光芯片/器件（激光器）或光电芯片/器件（如光探测器）进行如下高频幅频/相频响应等特性参数的测试：

a. 截至频率 /调制带宽

b. 驰豫震荡频率

c. 群时延(Group Delay)

d. 时滞(Skew)

e. 反射/阻抗匹配

是德科技有着 30 多年表征测试光/电或电/光器件频率参数（S 参数）的历史和经验，其光波器件分析仪（LCA）N4373D 是行业公认的光电器件及芯片标准测试方案（如下图所示），能提供完整的光电器件幅频/相频特性测试的分析解决方案。该系统由高性能矢量网络分析仪、光电测试座及专有的计量校准技术为核心，能提供各种光电器件(E/O, O/E, O/O, E/E)完整的参数测试能力。

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全部评论（11）

Roonie Lv7. 资深专家 2020-12-13

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yaole Lv7. 资深专家 2020-11-20

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用户70864621 Lv3. 高级工程师 2020-01-06

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silence Lv4 2019-12-20

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hghee Lv8. 研究员 2019-12-16

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test Lv4. 资深工程师 2019-10-30

谢谢，学习
有容乃大 Lv9. 科学家 2019-10-05

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李四 Lv7. 资深专家 2019-06-25

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119 Lv7. 资深专家 2019-05-29

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朝菌蟪蛄 Lv6. 高级专家 2018-11-01

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选型指南 - KEYSIGHT - March 8, 2018 PDF 英文下载

是德科技为高带宽薄膜铌酸锂调制器测试提供完整解决方案，可以完成电光、光电、电电、光光的频域测试

是德科技可为高带宽薄膜铌酸锂调制器测试提供完整的解决方案。M8199B任意波形发生器是基于AXIe机框平台的模块化产品。每通道256GSa/s的采样率以及高达80GHz的模拟带宽可以产生160GBaud甚至更高的符号率的直调信号或者矢量信号. 其最大的差分信号输出幅度达到了5Vpp（100MHz），即使产生128GBaud的高速信号差分输出幅度仍然可以达到2.6Vpp。

原厂动态发布时间 : 2023-07-19

Keysight Technologies（是德科技） Power Sensor Modules Optical HeadsReturn Loss Modules

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数据手册 - KEYSIGHT - December 1,2017 PDF 英文下载

是德科技2023年停产的光通信产品及相应的替代产品，技术创新引领测试设备发展

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用户指南 - KEYSIGHT - Edition 2 - August 2014 PDF 英文下载

话硅光03篇：是德科技偏振测试仪表品类众多，可对光学元件及子系统进行高速、高性能表征和验证

自由空间中光波（横波）的电场和磁场的振动方向在与传播方向垂直的横截面内有各种可能取向，这就是光的偏振特性。值得一提的是分析光组件偏振相关特性是当今光学R＆D实验室和生产不可或缺的测试和测量环节，Keysight N778XC系列偏振测试产品可对光学元件及子系统进行高速、高性能的表征和验证。是德科技偏振测试仪表品类众多，本文将逐一介绍。

产品发布时间 : 2024-02-19

Keysight Technologies N7700A Photonic Application Suite

型号- N7748A MODELS,81609A,N7781B,B2911A,N7783B,81607A,N7700A-100,N7700A-102,N7745A,N7700A-101,N7747A,N778X,N7700,B2900A SERIES,N77XX,B2901A,N7785B,81595B,N1294A,81602A,81636B,81600B,81610A,N7782B,N7784B,B2900A,81606A,81608A,N7700A,N7744A,N7786B,B2912A,N7786-61601,B2902A,N7788B,N7748A,81980A,81940A,81960A,N7745A-E02

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