[发明专利]一种多功能光子芯片检测系统

说明书

本发明公开一种多功能光子芯片检测系统，包括五个模块：信号输入模块主要用于输入光学和电学信号；光电耦合模块主要用于将光学和电学信号耦合进入光子芯片；数据采集模块主要用于采集光子芯片的输出数据，探测光子芯片附近的图像信息；环境控制模块主要用于控制光子芯片所在的环境参数；人机交互模块主要用于实现人与多功能光子芯片检测系统的对话。该系统通过交互界面进行控制，方便简单。可以实现光纤与光子芯片的自动耦合及手动耦合；可以对芯片周围的多种不同环境参数进行控制，以满足不同种类光子芯片检测的需要，同时还可以对多种光学和电学参量进行测试。

技术领域

本发明涉及芯片检测领域，特别是涉及一种可在多种环境参数下对光子芯片进行多参量测量的检测系统。

背景技术

光子芯片在光互连，光通信，生物化学分子传感等领域具有非常广泛的应用，因此，光子芯片的研究近年来得到了广泛关注。相比传统的电子芯片，光子芯片在通信速度、能耗、传感灵敏度、抗电磁干扰能力等多个方面都具有独到的优势，并且，可以进一步与电子器件实现单片集成，最终在片上实现信息的探测、采集、处理、运算、通信等一系列功能。可以预见：光子芯片未来将在人工智能、航空航天、物联网等领域具有非常广阔的应用前景。在光子芯片的开发和使用过程中，光电性能检测是不可或缺的重要环节，因此，对光子芯片检测系统的研发尤为重要。

目前已经报道了多项与光子芯片检测系统相关的专利。例如，2007年上海理工大学陈抱雪等人设计了基于多目标演化算法的波导-光纤自动调芯法及装置(中国发明专利：200710038988.0)；2008年中国科学院半导体研究所徐海华等人设计了光纤与电光调制器对准耦合的自动化控制系统，通过控制光纤移动扫描出最大功率值点来进行对准(中国发明专利：200810224107.9)；2016年北京航空航天大学李惠鹏等人发明的一种光纤自动定位与放置装置的方法，基于图像处理技术放置光纤，如可将光纤放入铌酸锂基片的凹槽中(中国发明专利：201610270222.4)；2018年北京航空航天大学宋凝芳等人发明的一种基于图像处理的光纤-波导自动对准耦合仪，用图像处理的方法确定输出点位置(中国发明专利：201810397010.1)。然而，上述发明专利并没有对光子芯片的测量环境(例如，温度、湿度、气体、气压、磁场、电场、照明光强等)进行控制。

在各种环境参数中，气体环境的控制是最具挑战的部分。目前，科研工作者在论文中进行了报道。例如，2010年Nebiyu A.Yebo等人对片上集成的光学乙醇蒸汽传感器的研究中(Optics Express,18,11,126035)，所采用的气室顶部为密封透明玻璃，光通过玻璃垂直耦合至芯片上，气室两侧有两个进气口及一个排气口，用于改变气室内的气体环境。2016年Guangcan Mi等人对片上集成的光学二氧化碳气体传感器的研究中(Optics Express,24,2,253386)，采用了Teflon气室进行气体环境控制，用两个流量控制器控制充入气体的两种气体的配比，芯片在气室中，由进出光纤接至激光器和探测器。然而，目前尚未有一种能模拟多种测量环境参数(温度、湿度、气体、气压、磁场、电场、照明光强)，并进行多参量(光学信号，电学信号)测量的光子芯片检测系统。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种多功能光子芯片检测系统。该系统可以对环境参数(湿度、气体、气压、温度、照明光强)进行控制，根据不同需要模拟光子芯片的使用环境，从而满足光子芯片各种光电性能检测的需要。同时，可以通过图像识别技术和输出参量比较法相结合来进行自动光电耦合。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种多功能光子芯片检测系统，包括与人机交互模块相连的信号输入模块、光电耦合模块、数据采集模块和环境控制模块，所述信号输入模块包括激光器及探测器、偏振控制器和数字源表，用于输入光学和电学信号；

所述光电耦合模块包括光学探针、电学探针、光学探针位移台、电学探针位移台、芯片位移台及位移台控制器，用于将光学和电学信号耦合进入芯片；