CN116642663B - 端面耦合器测试装置、方法及测试阵列 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种端面耦合器测试装置、方法及测试阵列，端面耦合器测试装置，设置在光芯片上，包括：回环结构，用于与外部的光纤阵列耦合；级联测试结构，用于测试TE偏振光和TM偏振光的片内模场转换损耗；偏振分离模块，与所述级联测试结构连接，用于将TE偏振光和TM偏振光送入所述级联测试结构测试后并送出；TE光栅耦合模块，与所述偏振分离模块的输入端和输出端连接，用于将TE偏振光送入所述级联测试结构并导出；TM光栅耦合模块，与所述偏振分离模块的输入端和输出端连接，用于将TM偏振光送入所述级联测试结构并导出。本发明可分别测试TE偏振光和TM偏振光的耦合损耗，节省了芯片内空间，提高了芯片使用效率。

Description

端面耦合器测试装置、方法及测试阵列

技术领域

本发明涉及光学技术技术领域，尤其涉及一种端面耦合器测试装置、方法及测试阵列。

背景技术

端面耦合器(Edge coupler，EC)是用于将光耦合进(或出)光芯片(Photonicintegrated circuit,PIC)，具有耦合损耗低、工作波长范围大、可同时承载TE和TM两种偏振状态的光的优点。EC常与外部的光纤(或光纤阵列)相互耦合；欲达到较好的耦合效果，EC端面的模场需要与光纤模场进行匹配。光芯片内，常规波导的模场尺寸较小，而光纤的模场尺寸较大，因此需要在芯片内部设置一个过渡区域(例如，一个楔形结构)实现模场尺寸从小到大的转换。因此，EC的耦合损耗包含两部分，其一是从常规波导(小模场)到EC端面(大模场)过渡区域的模场转换损耗，其二是EC端面的模场与外部光纤的模场的光场交叠损耗(即两者模场非理想匹配情况下的损耗)。

光纤阵列(Fiber array，FA)近年来更多的用于研发、生产测试和产品量产中。在生产测试或研发阶段，为了验证端面耦合器的耦合损耗等性能指标，需要在光芯片上做一些耦合器的测试结构。通常的做法是在芯片边缘设置一个回环结构，包含两个EC和连接两者的弯曲波导，如图1所示。两个EC的间距设置为与FA的通道间距相等(例如，250um)，这样芯片可以与FA对接，利用FA的两个通道分别将光送入芯片和送出芯片(如图1中箭头方向所示)，进而测试EC的耦合损耗。EC可以支持TE和TM两个偏振，相应地，EC在TE偏振光和TM偏振光下的耦合损耗都需要测试(分别由实线和虚线表示)。

但是这种方法所测的耦合损耗是包含片上模场转换损耗和与光纤的光场交叠损耗，即EC总体耦合损耗，无法获取片上模场转换损耗和与光纤的光场交叠损耗两者各自的值，所以无法具体分析每一部分损耗的来源用于给设计改进和迭代提供足够全面的反馈。如果需要分离出两者，需要增加额外测试结构，例如增加级联EC和光栅耦合器(Gratingcoupler，GC)测试片上的模场转换损耗，占用更多芯片空间；并且一般同一个GC无法同时支持TE和TM两个偏振，需要针对两个偏振各自做一组测试结构，分别测试TE和TM偏振下的模场转换损耗。这样，由于需要设置多个测试结构以完成以上功能，这种做法占用了芯片空间，降低了测试效率，增加了成本。

因此，有必要提供一种新型的端面耦合器测试装置、方法及测试阵列以解决现有技术中存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种端面耦合器测试装置、方法及测试阵列，不仅可以同时测试TE偏振光和TM偏振光的耦合损耗，且能够分解出片上模场转换损耗和光场交叠损耗，节省了芯片内空间，提高了芯片使用效率，降低了成本。

为实现上述目的，本发明的所述一种端面耦合器测试装置，设置在光芯片上，包括：

回环结构，设置在所述光芯片上，用于与外部的光纤阵列耦合；

级联测试结构，设置在所述光芯片上，用于测试TE偏振光和TM偏振光的片内模场转换损耗；

偏振分离模块，与所述级联测试结构连接，用于将TE偏振光和TM偏振光分别送入所述级联测试结构测试后并分别送出；

TE光栅耦合模块，与所述偏振分离模块的输入端和输出端连接，用于将TE偏振光送入所述级联测试结构并导出；

TM光栅耦合模块，与所述偏振分离模块的输入端和输出端连接，用于将TM偏振光送入所述级联测试结构并导出；

校准结构，用于获取所述TE偏振光和所述TM偏振光的校准数据。

本发明所述端面耦合器测试装置的有益效果在于：通过设置偏振分离模块、TE光栅耦合模块和TM光栅耦合模块，以便于能够分别将TE偏振光和TM偏振光传输到级联测试结构之中进行耦合测试，以便于在经过偏振分离模块之后分别将TE偏振光和TM偏振光导出，以便于通过同一个级联测试结构分别测试TE偏振光和TM偏振光的片内模场转换损耗，有利于节省片内空间，提高测试效率。

可选的，所述级联测试结构包括第一弯曲波导和端面耦合器组，所述端面耦合器组包括第一端面耦合器、第二端面耦合器、第三端面耦合器、第四端面耦合器，所述第一端面耦合器一端与所述第三端面耦合器一端连接，所述第一端面耦合器另一端通过所述第一弯曲波导与所述第二端面耦合器一端连接，所述第二端面耦合器另一端与所述第四端面耦合器一端连接，所述第三端面耦合器另一端和所述第四端面耦合器另一端均与所述偏振分离模块连接。

可选的，所述偏振分离模块包括第一偏振分离器和第二偏振分离器，所述第一偏振分离器的输入端包括第一TE输入端和第一TM输入端，所述第一偏振分离器的输出端与所述级联测试结构电连接，所述第二偏振分离器的输入端与所述级联测试结构的输出端电连接，所述第二偏振分离器的输出端包括第一TE输出端和第一TM输出端，所述TE光栅耦合模块包括第一TE光栅耦合器和第二TE光栅耦合器，所述TM光栅耦合模块包括第一TM光栅耦合器和第二TM光栅耦合器，所述TE偏振光经过所述第一TE光栅耦合器输入至所述第一TE输入端后，送入所述级联测试结构并通过所述第一TE输出端送出至所述第二TE光栅耦合器，所述TM偏振光经过所述第一TM光栅耦合器输入至所述第一TM输入端后，送入所述级联测试结构并通过所述第一TM输出端送出至所述第二TM光栅耦合器。

可选的，所述校准结构包括第三偏振分离器、第四偏振分离器、第三TE光栅耦合器、第四TE光栅耦合器、第三TM光栅耦合器和第四TM光栅耦合器，所述第三偏振分离器的输出端通过第二弯曲波导与所述第四偏振分离器的输入端连接，所述第三偏振分离器的输入端包括第二TE输入端和第二TM输入端，所述第四偏振分离器的输出端包括第二TE输出端和第二TM输出端，TE偏振光经过所述第三TE光栅耦合器送入所述第二TE输入端后，依次通过所述第三偏振分离器、所述第四偏振分离器后通过所述第二TE输出端送出至所述第四TE光栅耦合器，所述TM偏振光经过所述第三TM光栅耦合器送入所述第二TM输入端之后，依次通过所述第三偏振分离器、所述第四偏振分离器后通过所述第二TM输出端送处置所述第四TM光栅耦合器。其有益效果在于：通过设置校准结构在TE偏振光和TM偏振光两种情况下去嵌掉GC、PS、和弯曲波导的损耗，以便于提取到每一个端面耦合器的耦合损耗，并根据前述计算的片内模场转换损耗得到每一个端面耦合器的光场交叠损耗，从而准确获取光场交叠损耗和片内模场转换损耗的这两部分损耗各自的值，提高了测试效率的同时，节省了芯片内空间，降低了成本。

可选的，所述回环结构包括第五端面耦合器和第六端面耦合器，所述第五端面耦合器和所述第六端面耦合器之间通过第三弯曲波导连接，所述光芯片上设置有切割道，所述第五端面耦合器和所述第六端面耦合器靠近所述TE光栅耦合模块的一端均位于所述切割道上，所述第一端面耦合器和所述第三端面耦合器的连接处、所述第二端面耦合器和所述第四端面耦合器的连接处均位于所述切割道上，所述回环结构与所述第一端面耦合器、所述第一弯曲波导、所述第二端面耦合器之间形成的回环呈嵌套关系。其有益效果在于：回环结构与所述第一端面耦合器、所述第一弯曲波导、所述第二端面耦合器之间形成的回环呈嵌套关系能够节省空间和降低成本。

可选的，所述第一端面耦合器、所述第二端面耦合器、所述第五端面耦合器和所述第六端面耦合器均与所述切割道所在直线形成夹角A，其中，0°＜A＜180°。

可选的，所述第一端面耦合器和所述第三端面耦合器之间设置有第一连接区，所述第二端面耦合器和所述第四端面耦合器之间设置有第二连接区，所述切割道设置在所述第一连接区和所述第二连接区上。

可选的，所述第五端面耦合器靠近所述切割道的一端设置有第三连接区，所述第六端面耦合器靠近所述切割道的一端设置有第四连接区。

可选的，所述第三连接区和所述第四连接区均与所述切割道之间设置有间隙。

可选的，所述第一连接区、所述第二连接区、所述第三连接区和所述第四连接区均设置在所述切割道上。

可选的，所述切割道上设置有第一刻蚀区和第二刻蚀区。

可选的，所述第一刻蚀区与所述第三连接区至少部分重叠，所述第二刻蚀区与所述第四连接区至少部分重叠。

可选的，所述第一刻蚀区与所述第五端面耦合器之间设有间隙，所述第二刻蚀区与所述第六端面耦合器之间设有间隙。

可选的，所述回环结构设置在所述级联测试结构内部。

可选的，所述第五端面耦合器的端部和所述第六端面耦合器的端部设置于芯片不同的端面上。

可选的，所述端面耦合器组的数量至少为两组，相邻的所述端面耦合器组的端部之间彼此连接。

可选的，所述第一偏振分离器、第二偏振分离器、所述第三偏振分离器和所述第四偏振分离器均替换为偏振分离旋转器，所述第一TM光栅耦合器、所述第二TM光栅耦合器、所述第三TM光栅耦合器和所述第四TM光栅耦合器均替换为TE光栅耦合器。

本发明还提供了一种端面耦合器测试方法，应用于上述的端面耦合器测试装置，所述端面耦合器测试方法包括：

在芯片切割前，根据初始偏振光的类型，将所述初始偏振光输入至TE光栅耦合模块或者TM光栅耦合模块，并经过所述级联测试结构测试之后以得到第一偏振光，其中，所述初始偏振光的功率为P0，所述第一偏振光的功率为P1；

将所述初始偏振光输入至所述校准结构以得到校准偏振光，所述校准偏振光的功率为P2；

根据所述第一偏振光的功率P1和所述校准偏振光的功率P2计算所述级联测试结构中每一个端面耦合器的片上模场转换损耗。

本发明所述端面耦合器测试方法的有益效果在于：通过将TE或者TM偏振光通过TE或者TM光栅耦合模块送入到级联测试结构进行测试以得到对应的输出第一偏振光，并在后续通过校准结构进行校准后得到校准偏振光，之后根据第一偏振光和第校准偏振光的功率计算每一个端面耦合器的片上模场转换损耗。

可选的，所述方法还包括：

在芯片沿切割道切割后，将所述初始偏振光通过第五端面耦合器输入至回环结构并从第六端面耦合器输出第三偏振光，所述第三偏振光的功率为P3；

根据所述初始偏振光的功率和所述第三偏振光的功率计算所述回环结构中每一个端面耦合器的耦合损耗；

根据所述片上模场转换损耗和耦合损耗计算光场交叠损耗。

本发明还公开了一种测试阵列，包括多个上述的端面耦合器测试装置，多个所述端面耦合器测试装置阵列排布在光芯片上，每一个所述端面耦合器测试装置不完全相同。

附图说明

图1为现有技术中端面耦合器的测试结构与光纤阵列对接的示意图；

图2为本发明所述端面耦合器测试装置的结构示意图；

图3为本发明所述端面耦合器测试装置切割后的结构与光纤阵列对接的示意图；

图4为本发明所述端面耦合器测试装置中级联测试结构包含4N个端面耦合器时的结构示意图；

图5为本发明所述端面耦合器测试装置中端面耦合器倾斜设置时的结构示意图；

图6为本发明所述端面耦合器测试装置中设置第一连接区和第二连接区时的结构示意图；

图7为本发明所述端面耦合器测试装置中设置第三连接区和第四连接区时的结构示意图；

图8为本发明所述端面耦合器测试装置中第一连接区、第二连接区、第三连接区和第四连接区均设置在切割道上的结构示意图；

图9为本发明所述端面耦合器测试装置中设置第一刻蚀区和第二刻蚀区的结构示意图；

图10为本发明所述端面耦合器测试装置中刻蚀区和连接区部分重叠时的结构示意图；

图11为本发明所述端面耦合器测试装置中采用偏振分离旋转器时的结构示意图；

图12为本发明所述端面耦合器测试装置中回环结构设置在级联测试结构内部时的结构示意图；

图13为本发明所述端面耦合器测试装置中第五端面耦合器和第六端面耦合器相对设置时的结构示意图；

图14为本发明所述端面耦合器测试方法的流程图；

图15为本发明所述测试阵列的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种端面耦合器测试装置，设置在光芯片10上，参考图2，包括：

回环结构20，设置在所述光芯片10上，用于与外部的光纤阵列耦合；

级联测试结构30，设置在所述光芯片10上，用于测试TE偏振光和TM偏振光的片内模场转换损耗；

偏振分离模块40，与所述级联测试结构30连接，用于将TE偏振光和TM偏振光送入所述级联测试结构30后并送出；

TE光栅耦合模块50，与所述偏振分离模块40的输入端和输出端连接，用于将TE偏振光送入所述级联测试结构30并导出；

TM光栅耦合模块60，与所述偏振分离模块40的输入端和输出端连接，用于将TM偏振光送入所述级联测试结构30并导出；

校准结构70，所述校准结构70用于获取所述TE偏振光和所述TM偏振光的校准数据。

在本实施例中，在常规的回环结构20的基础上，通过增加级联测试结构30对TE偏振光和TM偏振光进行测试，由于TE光栅耦合模块50和TM光栅耦合模块60共用一个级联测试结构30进行测试，能够有效减小芯片内部占用空间，在偏振分离模块40的作用下，TE偏振光和TM偏振光通过偏振分离模块40分别送入和送出级联测试结构30进行测试，以便于测试出TE和TM两种偏振状态下的片内模场转换损耗，提高了芯片的测试效率。

需要说明的是，在后续描述的方案中，偏振分离模块40和校准模块50的结构描述主要是仅针对图2中箭头所示方向。这里所谓的输入也可以作为输出，所谓的输出也可以作为输入。也就是说，进出光的方向可以互换，不必局限于图中2箭头所示方向，此处不再赘述。

在一些实施例中，继续参考图2，所述级联测试结构30包括第一弯曲波导307和端面耦合器组，所述端面耦合器组包括第一端面耦合器301、第二端面耦合器302、第三端面耦合器303、第四端面耦合器304，所述第一端面耦合器301一端与所述第三端面耦合器303一端连接，所述第一端面耦合器301另一端通过所述第一弯曲波导307与所述第二端面耦合器302一端连接，所述第二端面耦合器302另一端与所述第四端面耦合器304一端连接，所述第三端面耦合器303另一端和所述第四端面耦合器304另一端均与所述偏振分离模块40连接。所述偏振分离模块40包括第一偏振分离器401和第二偏振分离器402，所述第一偏振分离器401的输入端包括第一TE输入端和第一TM输入端，所述第一偏振分离器401的输出端与所述级联测试结构30电连接，所述第二偏振分离器402的输入端与所述级联测试结构30的输出端电连接，所述第二偏振分离器402的输出端包括第一TE输出端和第一TM输出端，所述TE光栅耦合模块50包括第一TE光栅耦合器501和第二TE光栅耦合器502，所述TM光栅耦合模块60包括第一TM光栅耦合器601和第二TM光栅耦合器602，所述TE偏振光经过所述第一TE光栅耦合器501输入至所述第一TE输入端后，送入所述级联测试结构30并通过所述第一TE输出端送出至所述第二TE光栅耦合器502，所述TM偏振光经过所述第一TM光栅耦合器601输入至所述第一TM输入端后，送入所述级联测试结构30并通过所述第一TM输出端送出至所述第二TM光栅耦合器602。

需要说明的是，所述偏振分离模块40既可以用作将两个偏振光分离，也可以用作将两个偏振光合并，该结构为可逆结构，根据实际使用场景和需要进行选择。

本实施例中，所述校准结构70用于获取所述TE偏振光和所述TM偏振光的校准数据，所述校准结构70包括第三偏振分离器701、第四偏振分离器702、第三TE光栅耦合器703、第四TE光栅耦合器704、第三TM光栅耦合器705和第四TM光栅耦合器706，所述第三偏振分离器701的输出端通过第二弯曲波导707与所述第四偏振分离器702的输入端连接，所述第三偏振分离器701的输入端包括第二TE输入端和第二TM输入端，所述第四偏振分离器702的输出端包括第二TE输出端和第二TM输出端，所述TE偏振光经过所述第三TE光栅耦合器703送入所述第二TE输入端后，依次通过所述第三偏振分离器701、所述第四偏振分离器702后通过所述第二TE输出端送出至所述第四TE光栅耦合器704，所述TM偏振光经过所述第三TM光栅耦合器705送入所述第二TM输入端之后，依次通过所述第三偏振分离器701、所述第四偏振分离器702后通过所述第二TM输出端送处置所述第四TM光栅耦合器706。

示例性的，将第一端面耦合器301记为EC#2，将第二端面耦合器302记为EC#3，将第三端面耦合器303记为EC#5，将第四端面耦合器304记为EC#6，将第一偏振分离器401记为PS#1，将第二偏振分离器402记为PS#2，将第一TE光栅耦合器501记为TE GC#1，将第二TE光栅耦合器502记为TE GC#2，将第一TM光栅耦合器601记为TM GC#1，将第二TM光栅耦合器602记为TM GC#2，将第三偏振分离器701记为PS#3，将第四偏振分离器702记为PS#4，将第三TE光栅耦合器703记为TE GC#3，将第四TE光栅耦合器704记为TE GC#4，将第三TM光栅耦合器705记为TM GC#3，将第四TM光栅耦合器706记为TM GC#4。参考图2，以对TE偏振光进行测试为例。首先将初始功率为P0的TE偏振光通过第一TE光栅耦合器501进光之后传入到第一偏振分离器401，之后依次经过第三端面耦合器303、第一端面耦合器301、第二端面耦合器302、第四端面耦合器304之后，通过第二偏振分离器402之后，通过第二TE光栅耦合器502送出的光的功率为P1_TE；之后同样将初始功率为P0的TE偏振光送入校准结构70，依次通过第三TE光栅耦合器703、第三偏振分离器701、第四偏振分离器702和第四TE光栅耦合器704之后将光信号送出，送出的光信号的功率为P2_TE，则所述级联测试结构30中每一个端面耦合器对TE偏振光的片内模场转换损耗IL_1_TE＝(P1_TE-P2_TE)/4。类似的，功率为P0的TM偏振光从第一TM光栅耦合器601进入到第一偏振分离器401，并依次经过第三端面耦合器303、第一端面耦合器301、第二端面耦合器302、第四端面耦合器304之后，通过第二偏振分离器402之后经过第二TM光栅耦合器602送出光信号，送出的光信号的功率为P1_TM，而功率为P0的TM偏振光送入校准结构70，依次通过则所述第三TM光栅耦合器705、所述第三偏振分离器701、所述第四偏振分离器702和所述第四TM光栅耦合器706之后将光信号送出，送出的光信号的功率为P2_TM，级联测试结构30中每一个端面耦合器EC对TM偏振光的片内模场转换损耗IL_1_TM＝(P1_TM-P2_TM)/4。通过上述计算方式，即可计算出每个端面耦合器EC的片内模场转换损耗。

本实施例中，所述回环结构20包括第五端面耦合器201和第六端面耦合器202，第五端面耦合器201和第六端面耦合器202之间通过第三弯曲波导205连接，所述光芯片10上设置有切割道80，所述第五端面耦合器201和所述第六端面耦合器202靠近所述TE光栅耦合模块50的一端均位于所述切割道80上，所述第一端面耦合器301和所述第三端面耦合器303的连接处、所述第二端面耦合器302和所述第四端面耦合器304的连接处均位于所述切割道80上，所述回环结构20与所述第一端面耦合器301、所述第一弯曲波导307、所述第二端面耦合器302之间形成的回环呈嵌套关系，以节省芯片空间和降低成本。而由于光芯片10上设置了回环结构20，为了进一步测试出每一个端面耦合器EC的耦合损耗，可以采用回环结构20进一步测出每一个端面耦合器EC的耦合损耗。

示例性的，参考图3，沿着所述切割道80将所述光芯片10切割，以使得光芯片10左侧的第一端面耦合器301、第三端面耦合器303、第五端面耦合器202和第六端面耦合器202形成一个独立的芯片。将之前测试的功率为P0的TE偏振光和TM偏振光用常规方法与光纤阵列90对接耦合进行测试。具体的，以功率为P0的TE偏振光为例，TE偏振光在经过TE偏振光第五端面耦合器202和第六端面耦合器202形成的回环结构10后的出光功率为P3_TE，则端面耦合器对TE偏振光的耦合损耗为IL_TE＝(P3_TE-P0)/2，根据前述计算的对TE偏振光的片内模场转换损耗IL_1_TE，即可计算出端面耦合器与光纤的光场交叠损耗IL_2_TE＝IL_TE-IL_1_TE。类似的，功率为P0的TM偏振光经过回环结构10之后的出光功率为P3_TM，则端面耦合器对TM偏振光的耦合损耗为IL_TM＝(P3_TM-P0)/2，根据前述计算的对TM偏振光的片内模场转换损耗IL_1_TM，即可计算出端面耦合器与光纤的光场交叠损耗为IL_2_TM＝IL_TM-IL_1_TM。

从而通过本方案的测试装置能够分别测试TE偏振光和TM偏振光的耦合损耗，并且能够分解出片内模场转换损耗和与光纤的光场交叠损耗，不仅节省了芯片内空间，而且提高了使用效率，降低了成本。

需要说明的是，在所述级联测试结构30中，所述端面耦合器组的数量至少为两组，相邻的所述端面耦合器组的端部之间彼此连接，参考图4，端面耦合器的数量不限于四个，可以为4N个，N为正整数，以便于实现级联测试。

在一些实施例中，参考图5，所述第一端面耦合器301、所述第二端面耦合器302、所述第五端面耦合器201和所述第六端面耦合器202均与所述切割道80所在直线形成夹角A，其中，0°＜A＜180°。通过设置一定倾斜的夹角A，能够降低耦合端面处的光反射。

示例性的，夹角A＝90°，即第一端面耦合器301、所述第二端面耦合器302、所述第五端面耦合器201和所述第六端面耦合器202均与所述切割道80所在直线垂直。

在另外一些实施例中，参考图6，所述第一端面耦合器301和所述第三端面耦合器303之间设置有第一连接区305，所述第二端面耦合器302和所述第四端面耦合器304之间设置有第二连接区306，所述切割道80设置在所述第一连接区305和所述第二连接区306上，所述第一连接区305和所述第二连接区306的波导宽度均匀，且所述第一连接区305的宽度与所述第一端面耦合器301末端宽度、所述第三端面耦合器303的末端宽度相等，所述第二连接区306的宽度与所述第二端面耦合器302的末端宽度、所述第四端面耦合器304的末端宽度相等。

进一步的，所述第五端面耦合器201和第六端面耦合器202的端部与所述切割道80之间设置间隙，以对端面耦合器起到保护作用，即保证在沿着切割道80切割的时候不会对第五端面耦合器201和第六端面耦合器202的末端产生影响，例如端面粗糙、裂纹、褶皱、毛刺等，以便切割后能正常测试耦合损耗。

在又一些实施例中，参考图7，所述第五端面耦合器201靠近所述切割道80的一端设置有第三连接区203，所述第六端面耦合器202靠近所述切割道80的一端设置有第四连接区204。所述第三连接区203和所述第四连接区204均与所述切割道80之间设置有间隙。通过设置第三连接区203和第四连接区204，以对端面耦合器起到保护作用，即保证在沿着切割道80切割的时候不会对第五端面耦合器201和第六端面耦合器202产生影响，例如端面粗糙、裂纹、褶皱、毛刺等。

在一些实施例中，参考图8，所述第一连接区305、所述第二连接区306、所述第三连接区203和所述第四连接区204均设置在所述切割道80上，使得在沿着切割道80切割芯片的时候不会因为切割位置精度控制不足而导致切割偏移、进而导致切割出的端面波导宽度不可控。

在又一些实施例中，参考图9，所述切割道80上设置有第一刻蚀区801和第二刻蚀区802。通过设置第一刻蚀区801和第二刻蚀区802，能够降低切割所带来的的端面粗糙度对端面耦合器的影响，利用半导体刻蚀工艺在端面局部座刻蚀，使得刻蚀的端面具有良好的平整度，能够改善耦合效果。其中，第一端面耦合器301和第二端面耦合器302之间、第三端面耦合器303和第四端面耦合器304之间不作刻蚀，以保证级联测试结构30的连续不中断，以便切割前能够正常进行片内模场转换测试。

在一些实施例中，所述第一刻蚀区801与所述第五端面耦合器201之间设有间隙，所述第二刻蚀区802与所述第六端面耦合器202之间设有间隙，以避免刻蚀对回环结构10末端产生的损伤。

在又一些实施例中，参考图10，所述第一刻蚀区801与所述第三连接区203至少部分重叠，所述第二刻蚀区802与所述第四连接区204至少部分重叠。通过将第一刻蚀区801和第三连接区203至少部分重叠，将第二刻蚀区802和第四连接区204至少部分重叠，使得在沿着切割道80切割芯片的时候不会因为切割位置精度控制不足而导致切割偏移、进而导致切割出的端面波导宽度不可控。

21、在其它一些实施例中，参考图11，所述偏振分离模块40中的偏振分离器还可以采用偏振分离旋转器(Polarization splitter rotator，PSR)，同时，用于TM偏振的光栅耦合器也要变为用于TE偏振的光栅耦合器。即所述第一偏振分离器401、第二偏振分离器402、所述第三偏振分离器701和所述第四偏振分离器702均替换为偏振分离旋转器，所述第一TM光栅耦合器601、所述第二TM光栅耦合器602、所述第三TM光栅耦合器705和所述第四TM光栅耦合器706均替换为TE光栅耦合器。TE偏振的光可以经过转换为TM偏振，同样实现两个偏振态的测试。例如，TE偏振光可以从TE GC#1进入，经过PSR#1继续维持TE偏振进入级联EC，然后经过PSR#2再从TE GC#3出来。如果TE偏振光从TE GC#2进入，经过PSR#1后会转换为TM偏振；该TM偏振光经过级联EC，再经过PSR#2转换回TE偏振光，从TE GC#4出来。

示例性的，入射光光功率为P0且偏振状态设置为TE，从TE GC#1进光，经过2个PSR和4个端面耦合器的级联测试结构，再从的TE GC#3出光的功率为P1_TE；同样光源功率，从TE GC#5进入校准结构，然后经过2个PSR从TE GC#7出光的功率为P2_TE，则每个EC的片上模场转换损耗IL_1_TE＝(P1_TE-P2_TE)/4。类似地，TE偏振光从TE GC#2进光，经过2个PSR和4个EC级联结构，再从的TE GC#4出光的功率为P1_TM；同样光源功率，从TE GC#6进入校准结构，然后经过2个PSR从TE GC#8出光的功率为P2_TM，则每个EC的片上模场转换损耗IL_1_TM＝(P1_TM-P2_TM)/4，由于其测试过程与前述内容基本相同，此处不再赘述。其中P1_TE，P2_TE，P1_TM，P2_TM的单位为dBm，IL_1_TE，IL_1_TM的单位为dB。

在一些实施例中，参考图12，所述回环结构20设置在所述级联测试结构30内部。在一些实施例中，所述回环结构20也可以与所述级联测试结构30不存在内外嵌套关系，分置于不同位置(图中未显示)。

进一步的，参考图13，所述第五端面耦合器201的端部和所述第六端面耦合器202的端部相对设置。

需要说明的是，本发明对第五端面耦合器201和所述第六端面耦合器202的设置位置、方向和与端面所成夹角等不作特别限定，此处不再赘述。

本发明的测试装置通过设置TE光栅耦合模块、TM光栅耦合模块和偏振分离模块，以便于能够分别将TE偏振光和TM偏振光传输到级联测试结构之中进行耦合测试，以便于通过级联测试结构分别测试TE偏振光和TM偏振光的片内模场转换损耗，有利于节省片内空间，提高测试效率，且通过嵌套回环结构和合理设置切割道能够分别测得模场转换损耗和光场交叠损耗各自的值。

本发明还公开了一种端面耦合器测试方法，应用于上述的端面耦合器测试装置，参考图14，所述端面耦合器测试方法包括如下步骤：

S1401、在芯片切割前，根据初始偏振光的类型，将所述初始偏振光输入至TE光栅耦合模块或者TM光栅耦合模块，并经过所述偏振分离模块和所述级联测试结构测试之后以得到第一偏振光，其中，所述初始偏振光的功率为P0，所述第二偏振光的功率为P1；

S1402、将所述初始偏振光输入至所述校准结构以得到校准偏振光，所述校准偏振光的功率为P2；

S1403、根据所述第一偏振光的功率P1和所述校准偏振光的功率P2计算所述级联测试结构中每一个端面耦合器的片上模场转换损耗。

其中，片上模场转换损耗IL_1＝(P1-P2)/4。

进一步的，所述方法还包括：

S1404、在芯片切割后，将所述初始偏振光输入至回环结构以输出第三偏振光，所述第三偏振光的功率为P3。

S1405、根据所述初始偏振光的功率和所述第三偏振光的功率计算所述回环结构中每一个端面耦合器的耦合损耗。

其中，耦合损耗IL＝(P3-P0)/2

S1406、根据所述片上模场转换损耗和耦合损耗计算光场交叠损耗。

其中，光场交叠损耗IL_2＝IL-IL_1

由于上述方法的过程和原理与前述端面耦合器测试装置的工作过程一一对应，此处不再赘述。

本发明还公开了一种测试阵列，参考图15，包括多个上述的端面耦合器测试装置，多个所述端面耦合器测试装置阵列排布在光芯片上，每一个所述端面耦合器测试装置不完全相同。

其中，测试阵列中的每个测试装置中的一些设计参数可设置为相同或者不同，以便用作实验设计，且所有测试结构都共用同一条切割道。。

以上所述测试结构所在的集成材料平台包括体硅、绝缘体上硅、蓝宝石上硅、二氧化硅、氧化铝、磷化铟、铌酸锂、聚合物。所述测试结构的波导类型包括通道波导、脊波导、缝隙波导、扩散波导、光子晶体波导。所述测试结构的工作波长范围包括可见光波段、O波段、E波段、S波段、C波段、L波段、U波段、中红外波段；其中所示阵列中的各个测试结构的工作波长可以是同一个波长，也可以是不同波长。所述测试结构的应用领域包括激光雷达、光束控制、光学传感、光学互连、自由空间光通信、光存储、光计算等。所述EC的结构设计可以包括但不限于倒锥形、台阶倒锥形、悬臂梁、侧面开槽、V型地槽、多根波导、多层波导、亚波长结构等。所述PS和PSR的结构设计包括但不限于绝热耦合器、弯曲耦合器、定向耦合器、Y型分支、多模干涉结构、亚波长结构等。所述GC的结构设计包括但不限于直光栅、扇形弯曲光栅、双偏振光栅、多层材料光栅等。所述弯曲波导的形状包括但不限于圆弧状、线条弯曲状、欧拉弯曲状或正弦状。

虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (19)

1.一种端面耦合器测试装置，设置在光芯片上，包括：

回环结构，设置在所述光芯片上，用于与外部的光纤阵列耦合；

级联测试结构，设置在所述光芯片上，用于测试TE偏振光和TM偏振光的片内模场转换损耗；所述级联测试结构包括第一弯曲波导和端面耦合器组，所述端面耦合器组包括第一端面耦合器、第二端面耦合器、第三端面耦合器、第四端面耦合器，所述第一端面耦合器一端与所述第三端面耦合器一端连接，所述第一端面耦合器另一端通过所述第一弯曲波导与所述第二端面耦合器一端连接，所述第二端面耦合器另一端与所述第四端面耦合器一端连接，所述第三端面耦合器另一端和所述第四端面耦合器另一端均与偏振分离模块连接；

偏振分离模块，包括第一偏振分离器和第二偏振分离器；所述第一偏振分离器的输入端与TE光栅耦合模块和TM光栅耦合模块连接，所述第一偏振分离器的输出端与所述级联测试结构连接；所述第二偏振分离器的输入端与所述级联测试结构的输出端连接，所述第二偏振分离器的输出端与TE光栅耦合模块和TM光栅耦合模块连接以将TE偏振光和TM偏振光分别送入所述级联测试结构测试后并分别送出；

TE光栅耦合模块，与所述第一偏振分离模块的输入端和所述第二偏振分离模块的输出端连接，用于将TE偏振光送入所述级联测试结构并导出；

TM光栅耦合模块，与所述第一偏振分离模块的输入端和所述第二偏振分离模块的输出端连接，用于将TM偏振光送入所述级联测试结构并导出；

校准结构，用于获取所述TE偏振光和所述TM偏振光的校准数据。

2.根据权利要求1所述的端面耦合器测试装置，其特征在于，所述第一偏振分离器的输入端包括第一TE输入端和第一TM输入端，所述第二偏振分离器的输出端包括第一TE输出端和第一TM输出端，所述TE光栅耦合模块包括第一TE光栅耦合器和第二TE光栅耦合器，所述TM光栅耦合模块包括第一TM光栅耦合器和第二TM光栅耦合器，所述TE偏振光经过所述第一TE光栅耦合器输入至所述第一TE输入端后，送入所述级联测试结构并通过所述第一TE输出端送出至所述第二TE光栅耦合器，所述TM偏振光经过所述第一TM光栅耦合器输入至所述第一TM输入端后，送入所述级联测试结构并通过所述第一TM输出端送出至所述第二TM光栅耦合器。

3.根据权利要求1所述的端面耦合器测试装置，其特征在于，所述端面耦合器组的数量至少为两组，相邻的所述端面耦合器组的端部之间彼此连接。

4.根据权利要求2所述的端面耦合器测试装置，其特征在于，所述校准结构包括第三偏振分离器、第四偏振分离器、第三TE光栅耦合器、第四TE光栅耦合器、第三TM光栅耦合器和第四TM光栅耦合器，所述第三偏振分离器的输出端通过第二弯曲波导与所述第四偏振分离器的输入端连接，所述第三偏振分离器的输入端包括第二TE输入端和第二TM输入端，所述第四偏振分离器的输出端包括第二TE输出端和第二TM输出端，TE偏振光经过所述第三TE光栅耦合器送入所述第二TE输入端后，依次通过所述第三偏振分离器、所述第四偏振分离器后通过所述第二TE输出端送出至所述第四TE光栅耦合器，所述TM偏振光经过所述第三TM光栅耦合器送入所述第二TM输入端之后，依次通过所述第三偏振分离器、所述第四偏振分离器后通过所述第二TM输出端送处置所述第四TM光栅耦合器。

5.根据权利要求2所述的端面耦合器测试装置，其特征在于，所述回环结构包括第五端面耦合器和第六端面耦合器，所述第五端面耦合器和所述第六端面耦合器之间通过第三弯曲波导连接，所述光芯片上设置有切割道，所述第五端面耦合器和所述第六端面耦合器靠近所述TE光栅耦合模块的一端均位于所述切割道上，所述第一端面耦合器和所述第三端面耦合器的连接处、所述第二端面耦合器和所述第四端面耦合器的连接处均位于所述切割道上，所述回环结构与所述第一端面耦合器、所述第一弯曲波导、所述第二端面耦合器之间形成的回环呈嵌套关系。

6.根据权利要求5所述的端面耦合器测试装置，其特征在于，所述第一端面耦合器、所述第二端面耦合器、所述第五端面耦合器和所述第六端面耦合器均与所述切割道所在直线形成夹角A，其中，0°＜A＜180°。

7.根据权利要求5所述的端面耦合器测试装置，其特征在于，所述第一端面耦合器和所述第三端面耦合器之间设置有第一连接区，所述第二端面耦合器和所述第四端面耦合器之间设置有第二连接区，所述切割道设置在所述第一连接区和所述第二连接区上。

8.根据权利要求7所述的端面耦合器测试装置，其特征在于，所述第五端面耦合器靠近所述切割道的一端设置有第三连接区，所述第六端面耦合器靠近所述切割道的一端设置有第四连接区。

9.根据权利要求8所述的端面耦合器测试装置，其特征在于，所述第三连接区和所述第四连接区均与所述切割道之间设置有间隙。

10.根据权利要求8所述的端面耦合器测试装置，其特征在于，所述第一连接区、所述第二连接区、所述第三连接区和所述第四连接区均设置在所述切割道上。

11.根据权利要求8所述的端面耦合器测试装置，其特征在于，所述切割道上设置有第一刻蚀区和第二刻蚀区。

12.根据权利要求11所述的端面耦合器测试装置，其特征在于，所述第一刻蚀区与所述第三连接区至少部分重叠，所述第二刻蚀区与所述第四连接区至少部分重叠。

13.根据权利要求11所述的端面耦合器测试装置，其特征在于，所述第一刻蚀区与所述第五端面耦合器之间设有间隙，所述第二刻蚀区与所述第六端面耦合器之间设有间隙。

14.根据权利要求5所述的端面耦合器测试装置，其特征在于，所述回环结构设置在所述级联测试结构内部。

15.根据权利要求5所述的端面耦合器测试装置，其特征在于，所述第五端面耦合器的端部和所述第六端面耦合器的端部设置于芯片不同的端面上。

16.根据权利要求4所述的端面耦合器测试装置，其特征在于，所述第一偏振分离器、第二偏振分离器、所述第三偏振分离器和所述第四偏振分离器均替换为偏振分离旋转器，所述第一TM光栅耦合器、所述第二TM光栅耦合器、所述第三TM光栅耦合器和所述第四TM光栅耦合器均替换为TE光栅耦合器。

17.一种端面耦合器测试方法，其特征在于，应用于权利要求3所述的端面耦合器测试装置，所述端面耦合器测试方法包括：

在芯片切割前，根据初始偏振光的类型，将所述初始偏振光输入至TE光栅耦合模块或者TM光栅耦合模块，并经过所述级联测试结构测试之后以得到第一偏振光，其中，所述初始偏振光的功率为P0，所述第一偏振光的功率为P1；

将所述初始偏振光输入至所述校准结构以得到校准偏振光，所述校准偏振光的功率为P2；

根据所述第一偏振光的功率P1和所述校准偏振光的功率P2计算所述级联测试结构中每一个端面耦合器的片上模场转换损耗。

18.根据权利要求17所述的端面耦合器测试方法，其特征在于，所述方法还包括：

在芯片沿切割道切割后，将所述初始偏振光通过第五端面耦合器输入至回环结构并从第六端面耦合器输出第三偏振光，所述第三偏振光的功率为P3；

根据所述初始偏振光的功率和所述第三偏振光的功率计算所述回环结构中每一个端面耦合器的耦合损耗；

根据所述片上模场转换损耗和耦合损耗计算光场交叠损耗。

19.一种测试阵列，其特征在于，包括多个权利要求1至16任一项所述的端面耦合器测试装置，多个所述端面耦合器测试装置阵列排布在光芯片上，每一个所述端面耦合器测试装置不完全相同。