Struttura e metodologia per test on wafer per l'ottica integrata

The purpose of this thesis is the development of an efficient measurement technique suitable for wafer level testing and quality assurance in manufacture of integrated optical cicuits and the definition of an apposite criteria in the dimensioning of an optical device which exploits this techniques. The device is built deploing a number of sensing elements along a waveguide running over the surface of the wafer under test. Each element performs a distributed measure of the optical characteristics helded by one portion of the waveguide and the close areas through a set of lumped reflectors. Discrete reflections are obtained perturbing the refractive index profile of the waveguide through the insertion of an orthogonal crossing waveguide. Starting from the measure of the power spectral density of the device reflected field and exploiting a particular reflectometry technique, it is possible to obtain a spatial representation of the physical characteristics possessed by the waveguide and to extract some optical parameters such as the average group index of each element, the variation of the effective refractive index which occurred in the same area, the absolute reflectivity and the losses generated by the insertion of the reflectors. The innovation of the proposed solution allows the evaluation of the optical characteristics of integrated circuits lying on different sections of the wafer with one single measure, achieving the coupling of the light into and from the fibers from one single point of access.

Lo scopo di questa tesi è quello di studiare una metodologia di misura per la realizzazione efficiente del controllo qualitativo del processo di fabbricazione dei circuiti ottici integrati a livello di wafer e di definire i criteri di dimensionamento di un dispositivo adatto a sfruttare tali tecniche. La soluzione proposta prevede di dislocare in modo flessibile una serie di punti sensibili lungo una guida d'onda che percorre la superficie del wafer da testare. Una o più riflettori concentrati realizzano un punto di misura distribuito delle caratteristiche ottiche delle sezioni di guida comprese tra esse e dunque della superficie di wafer contigua. La riflessione concentrata è ottenuta generando una perturbazione nel profilo d'indice di rifrazione attraverso l'inserzione di una guida d'onda ortogonale a quella che attraversa il wafer. A partire dalla misura dello spettro di potenza riflesso del dispositivo, tramite una particolare tecnica riflettometrica, è possibile ottenere una mappa spaziale delle caratteristiche della guida d'onda e da questa estrarre i parametri ottici quali l'indice di gruppo medio specifico di ciascuna area di misura, la variazione di indice di rifrazione efficace occorsa nella stessa area, la riflettività assoluta e le perdite generate dall'inserzione dei riflettori. L'originalità di questa soluzione consiste nella possibilità di valutare, attraverso una singola misura, le caratteristiche ottiche dei circuiti fabbricati in diversi punti del wafer, realizzando l'accoppiamento della luce da e verso le fibre di lancio e raccolta in un unico punto di accesso.