CN117060996A - 一种相干接收芯片的相位误差评测*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种相干接收芯片的相位误差评测***，包括：光源，用于提供相干光；前端光路，用于对相干光进行处理，以输出两束相互间存在时延的相干光。无需改变芯片原始设计结构，且测试链路构成灵活，测试方式简洁；本申请的评测***，使得相位误差可以在晶圆级或芯片级测试中测量，即在将相干接收芯片封装为相干接收模组前实现提前筛选，可有效降低风险外溢至相干接收模块或相干通信***的风险。

Description

一种相干接收芯片的相位误差评测***

技术领域

本发明涉及相干通信技术领域，尤其涉及一种相干接收芯片的相位误差评测***。

背景技术

相比于基于直接强度检测的传统光通信***，相干光通信***具有频谱利用率高、通信容量大、支持多种调制方式、信号检测灵敏的优势。相干接收芯片是相干光通信***接收端的必要组件，能够对光信号进行解调并转化为电信号，便于数字芯片对信号进行处理。

混频器是相干接收芯片的核心光学器件之一，共模抑制比和相位误差是混频器两个最主要的性能指标，其中共模抑制比可以通过响应度测试结果进行提取，而相位误差需要搭建专门的测试***。目前的相位误差测试***需要改变相干接收芯片原始芯片的结构设计，导致芯片复杂度提升，且可能引起因增加交叉波导等结构引入附加损耗的情况出现。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种相干接收芯片的相位误差评测***。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种相干接收芯片的相位误差评测***，包括：

光源，用于提供相干光；

前端光路，用于对所述相干光进行处理，以输出两束相互间存在时延的相干光，且所述前端光路包括：

偏振控制器，用于对所述光源输出的相干光进行控制，以输出具有测试所需偏振态的相干光；

分束时延光路，用于将所述偏振控制器输出的相干光进行分路，并对分路后的两束光引入时延，以形成两束输入至待测相干接收芯片的信号光输入端与本振光输入端且相互间存在时延的相干光。

其中，所述分束时延光路包括：光纤分束器，用于将所述偏振控制器输出的相干光分为两路，并利用自身尾纤长度差值对分路后的两束光引入时延。

其中，所述分束时延光路还包括：可调光延时线，设置于所述光纤分束器与待测相干接收芯片连接的光链路上，用于对所述光纤分束器分路后输出的两束光引入时延。

其中，所述可调光延时线的数量为一，且该可调光延时线设置在所述光纤分束器与待测相干接收芯片的信号光输入端连接的光链路上，或者与待测相干接收芯片的本振光输入端连接的光链路上。

其中，所述可调光延时线的数量为二，两组可调光延时线分别设置在所述光纤分束器与待测相干接收芯片的信号光输入端及本振光输入端连接的光链路上。

其中，所述分束时延光路为分束时延芯片，且该分束时延芯片具有两个输出端口，且两个输出端口为端面耦合结构，两个输出端口的间距与待测相干接收芯片的两个输入端口间距相等。

其中，所述分束时延芯片包括：分束器以及光程不同的两个片上波导；所述分束器将所述偏振控制器输出的相干光进行分路，分路后的两束光经历所述两个片上波导后输出，以对分路后的两束光引入时延。

其中，所述分束时延芯片包括：分束器、第一光路由以及第二光路由，所述第一光路由与所述第二光路由之间设置若干光程互不相同的片上波导；所述分束器将所述偏振控制器输出的相干光进行分路，分路后的其中一路光在芯片上的光波导内传输并直接输出，另一路经过所述第一光路由后被导向多路光程不同的片上波导中的其中一路，再经过所述第二光路由后输出。

其中，所述偏振控制器集成在所述分束时延芯片的前端。

其中，所述的一种相干接收芯片的相位误差评测***，还包括：计算控制设备及电信号接收设备，所述电信号接收设备获取待测相干接收芯片的输出电信号，并传输至所述计算控制设备。

本发明所带来的有益效果：

1.本申请的评测***，使得相位误差可以在晶圆级或芯片级测试中测量，即在将相干接收芯片封装为相干接收模组前实现提前筛选，可有效降低风险外溢至相干接收模块或相干通信***的风险。

2.无需改变芯片原始设计结构，且测试***构成灵活，测试方式简洁；

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一种相干接收芯片的相位误差评测***的示意图；

图2是本发明前端光路的第一种构成形式示意图；

图3是本发明前端光路的第二种构成形式示意图；

图4是本发明前端光路的第三种构成形式示意图；

图5是本发明前端光路的第四种构成形式示意图；

图6是本发明分束时延芯片的第一种构成形式示意图；

图7是本发明分束时延芯片的第二种构成形式示意图；

图8是本发明前端光路的第五种构成形式示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种相干接收芯片的相位误差评测***，具体是由光源100、前端光路200、电信号接收设备400、计算控制设备500以及相关光电连接所搭建的测试链路，以实现对待测相干接收芯片300相位误差的评测。本发明的目的在于提供一种适配性好、无需在待测相干接收芯片300上引入额外设计的相位误差评测的测试链路基本构架。图1中，带箭头的虚线为控制信号，带箭头的实线为评测时的输入光和输出电信号。

由计算控制设备500控制光源100提供相干光，并输入到前端光路200，得到两束相互间存在时延的相干光，分别输入到待测相干接收芯片300的信号光输入端310和本振光输入端320。待测相干接收芯片300对输入光进行解调，最终输出多路电信号(单偏振相干接收芯片输出的电信号一般为4路，双偏振相干接收芯片输出的电信号一般为8路)到电信号接收设备400。最终，电信号接收设备400将获取的信息传输至计算控制设备500进行处理，并输出芯片相位误差的评测信息。对于前端光路200的部分构成形式，计算控制设备500会对前端光路200提供控制。

光源100，用于提供相干光。光源100可以是可调谐激光器等可以在一定范围内调节其激射光波长的连续光相干光源，也可以是超连续谱光源等可以在一定波长范围内宽谱激射的脉冲光相干光源。

前端光路200，用于对光源100输出的相干光进行处理，以输出两束相互间存在时延的相干光。具体的，前端光路200将输入光分为两束，并且使两束光在输入待测相干接收芯片300时经历不同的光程，从而产生一个时延，该时延是评测相位误差所必须的。但在后续处理输出信号并以此为依据评测相位误差时，并不需要知晓引入了时延的大小。

待测相干接收芯片300为待评测芯片，其信号光输入端310和本振光输入端320为端面耦合结构时，本发明所提供的评测***可以进行芯片级评测；其信号光输入端310和本振光输入端320为垂直耦合结构时，本发明所提供的评测***可以进行晶圆级或芯片级评测。

电信号接收设备400，用于获取待测相干接收芯片300的输出电信号，并传输至计算控制设备500。电信号接收设备400为多通道源表，或具有多路电流读取功能的其他电信号接收设备，一般在芯片级评测时，可以使用探针卡及线缆与待测相干接收芯片300的高频信号输出焊区进行连接。

计算和控制设备500，可以为微型计算机，也可以使用单片机或可编程逻辑阵列芯片。图1所示的光路中，前端光路200以后的部分，若需使用光纤，应当使用偏振保持光纤。

前端光路200包括：偏振控制器210、分束时延光路。

偏振控制器，用于对光源100输出的相干光进行控制，以输出具有测试所需偏振态的相干光，即依据测试需要可获得横电、横磁或混合偏振。

分束时延光路，用于将偏振控制器输出的相干光进行分路，并对分路后的两束光引入时延，以形成两束输入至待测相干接收芯片的信号光输入端310与本振光输入端320且相互间存在时延的相干光。

如图2所示，分束时延光路包括：光纤分束器220，设置于偏振控制器210的输出侧，用于将偏振控制器210输出的相干光分为两路，并利用自身尾纤长度差值对分路后的两束光引入时延。由于评测相位误差时，需要引入的总时延(含相干接收芯片外引入的时延以及相干接收芯片本身存在的时延)一般为百微米到毫米量级，与光纤分束器220的尾纤长度的公差属于相同量级，因此可利用搭建的光纤链路本身存在的时延作为评测***引入的时延。图2所示的前端光路200的结构形式具有测试链路简单，成本低廉的优点。

由于光纤分束器220的尾纤长度公差具有随机性，在尾纤长度公差为特定值时，引入的时延存在过大或过小的风险，进而可能不利于从输出电信号中提取出相位误差评测数据。因此，如图3所示，分束时延光路还包括：可调光延时线230，设置于光纤分束器220与待测相干接收芯片300连接的光链路上，用于对光纤分束器220分路后输出的两束光引入时延。

光源100输出的相干光输入至偏振控制器210，依据测试需要可获得横电、横磁或混合偏振，再由光纤分束器220(一般为保偏分束器)分为两路输出，其中一路直接输出，另一路经过可调光延时线230输出。一般而言，可调光延时线230可以在预先设定固定时延后，连续进行多次测试；也可以由计算控制设备500进行控制，依据测试结果，实时地调节引入时延。该构成形式的优点是，时延可以灵活设置，后续输出的电信号的峰谷间波长间距可以灵活调节，易于从电信号中高精度提取相位误差评测结果。

其中，可调光延时线230的数量为一，且该可调光延时线230设置在光纤分束器220与待测相干接收芯片的信号光输入端310连接的光链路上，或者与待测相干接收芯片的本振光输入端320连接的光链路上，图3只是展示了其中一种情况。

如图4所示，可调光延时线230的数量为二，两组可调光延时线230分别设置在光纤分束器220与待测相干接收芯片的信号光输入端310及本振光输入端320连接的光链路上。此时，前端光路200包括：偏振控制器210、光纤分束器220和两组可调光延时线230。在两路输出中均引入可实时由计算控制设备500进行控制，或调至固定值后即可连续使用的可调光延时线230，这一构成形式的优点是拥有最大的时延调节范围，有利于方便且精确地定制后续输出的电信号的峰谷间波长间距。

如图5所示，分束时延光路为分束时延芯片，此时，前端光路200包括：偏振控制器210和一枚分束时延芯片240，且该分束时延芯片240具有两个输出端口，且两个输出端口为端面耦合结构，两个输出端口的间距与待测相干接收芯片的两个输入端口间距相等。

图5所示结构的优势是，在后续相干接收芯片的信号光输入端310和本振光输入端320均采用端面耦合的结构时，可以设计分束时延芯片240也采用端面耦合的结构输出，且两个输出端口的间距与相干接收芯片的两个输入端口间距相等，并可选的引入模场大小变换结构等作为辅助，以对接耦合的方式，连接分束时延芯片240与待测相干接收芯片300，实现芯片对接芯片的快速测试。

如图6所示，分束时延芯片240包括：分束器61以及光程不同的两个片上波导62。分束器61将偏振控制器210输出的相干光进行分路，分路后的两束光经历两个片上波导62后输出，以对分路后的两束光引入时延。该形式的优点是引入无需额外的控制，简单易用。

如图7所示，分束时延芯片240包括：分束器61、第一光路由241以及第二光路由242，第一光路由241与第二光路由242之间设置若干光程互不相同的片上波导62。分束器61将偏振控制器210输出的相干光进行分路，分路后的其中一路光在芯片上的光波导内传输并直接输出，另一路经过第一光路由241后被导向多路光程不同的片上波导62中的其中一路，再经过第二光路由242后输出。光路由一般为马赫-增德尔干涉仪、马赫-增德尔干涉仪网络或微环共振器阵列等方案实现，并受到计算控制设备500的控制。该构成形式的优势是，既兼容端面对接的测试方案，测试引入的时延又是可调的。

如图8所示，偏振控制器集成在分束时延芯片的前端，以形成偏振控制分束时延芯片250，该偏振控制分束时延芯片250即在图6或图7所示的分束时延芯片的基础上，在前端添加偏振控制器件，如横电模或横磁模可通过的偏振滤波器。

图5和图8中涉及的分束时延芯片240和偏振控制分束时延芯片250可以是平面光波导回路(PLC)芯片，也可以是硅基、硅-氮化硅、氮化硅、三五族芯片。芯片可以在输入端进行简单的封装，例如封装尾纤。也可以不进行封装，在测试时直接由光纤或透镜将光耦入。输出端可以封装长度相同的尾纤；也可优选的，与待测相干接收芯片300直接对接。

本申请的相位误差评测***，具体是光学测试***的搭建，使得相位误差可以在芯片级测试中测量，同时可以在不改变相干接收芯片原始芯片设计的基础上，利用外部光路引入时延，对相干接收芯片的相位误差进行评测，不仅可以广泛地适用于基于多种原理和结构的混频器搭建的相干接收芯片，也无需在芯片上增加光学结构。

本申请的相位误差评测***，可以用于在将相干接收芯片封装为相干接收模组前，提前进行质量控制，挑选出相位误差这一指标无法满足要求的芯片，防止相位误差过大的风险外溢至模组级。本发明以外部分束和时延的形式满足测试相位误差所需的从芯片信号光输入端和本振光输入端输入一对存在时延的相干光的需求。而且测试链路构成灵活，提供多种相干接收芯片设计和不同设备基础下进行测试的需要。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种相干接收芯片的相位误差评测***，其特征在于，包括：

光源，用于提供相干光；

前端光路，用于对所述相干光进行处理，以输出两束相互间存在时延的相干光，且所述前端光路包括：

偏振控制器，用于对所述光源输出的相干光进行控制，以输出具有测试所需偏振态的相干光；

分束时延光路，用于将所述偏振控制器输出的相干光进行分路，并对分路后的两束光引入时延，以形成两束输入至待测相干接收芯片的信号光输入端与本振光输入端且相互间存在时延的相干光。

2.根据权利要求1所述的一种相干接收芯片的相位误差评测***，其特征在于，所述分束时延光路包括：光纤分束器，用于将所述偏振控制器输出的相干光分为两路，并利用自身尾纤长度差值对分路后的两束光引入时延。

3.根据权利要求2所述的一种相干接收芯片的相位误差评测***，其特征在于，所述分束时延光路还包括：可调光延时线，设置于所述光纤分束器与待测相干接收芯片连接的光链路上，用于对所述光纤分束器分路后输出的两束光引入时延。

4.根据权利要求3所述的一种相干接收芯片的相位误差评测***，其特征在于，所述可调光延时线的数量为一，且该可调光延时线设置在所述光纤分束器与待测相干接收芯片的信号光输入端连接的光链路上，或者与待测相干接收芯片的本振光输入端连接的光链路上。

5.根据权利要求3所述的一种相干接收芯片的相位误差评测***，其特征在于，所述可调光延时线的数量为二，两组可调光延时线分别设置在所述光纤分束器与待测相干接收芯片的信号光输入端及本振光输入端连接的光链路上。

6.根据权利要求1所述的一种相干接收芯片的相位误差评测***，其特征在于，所述分束时延光路为分束时延芯片，且该分束时延芯片具有两个输出端口，且两个输出端口为端面耦合结构，两个输出端口的间距与待测相干接收芯片的两个输入端口间距相等。

7.根据权利要求6所述的一种相干接收芯片的相位误差评测***，其特征在于，所述分束时延芯片包括：分束器以及光程不同的两个片上波导；所述分束器将所述偏振控制器输出的相干光进行分路，分路后的两束光经历所述两个片上波导后输出，以对分路后的两束光引入时延。

8.根据权利要求6所述的一种相干接收芯片的相位误差评测***，其特征在于，所述分束时延芯片包括：分束器、第一光路由以及第二光路由，所述第一光路由与所述第二光路由之间设置若干光程互不相同的片上波导；

所述分束器将所述偏振控制器输出的相干光进行分路，分路后的其中一路光在芯片上的光波导内传输并直接输出，另一路经过所述第一光路由后被导向多路光程不同的片上波导中的其中一路，再经过所述第二光路由后输出。

9.根据权利要求7或8所述的一种相干接收芯片的相位误差评测***，其特征在于，所述偏振控制器集成在所述分束时延芯片的前端。

10.根据权利要求1所述的一种相干接收芯片的相位误差评测***，其特征在于，还包括：计算控制设备及电信号接收设备，所述电信号接收设备获取待测相干接收芯片的输出电信号，并传输至所述计算控制设备。