Исследователи из Шанхайского университета Цзяо Тун разработали фотонный чип площадью 0,36 мм², предназначенный для промышленной оптической когерентной томографии (SS-OCT).
Эта компактная система обеспечивает высокоточную 3D-визуализацию и бесконтактные измерения с помощью волоконно-оптического зонда с шарообразной линзой, который позволяет проводить исследования в ограниченном пространстве.
Хотя оптическая когерентная томография — хорошо зарекомендовавший себя метод медицинской визуализации, он все чаще находит применение в промышленности. Однако для широкого распространения системы должны стать более экономичными и надежными. Фотонные интегральные схемы (ФИС) — перспективное решение для разработки компактных, недорогих и не требующих обслуживания оптико-когерентных томографов. Несмотря на этот потенциал, массовое производство надежных оптико-когерентных томографов на основе ФИС остается сложной задачей, особенно в том, что касается выбора материала для полупроводникового производства и интеграции гибких держателей образцов.
Чтобы преодолеть эти трудности, исследовательская группа объединила интерферометры из нитрида кремния с малыми потерями и германиевые фотодиоды на коммерческом чипе на основе кремния. Межслойная структура связи облегчает передачу света между нитрид-кремниевыми и кремниевыми волноводами с потерями при передаче менее 0,15 дБ. Такая конструкция объединяет ключевые оптические компоненты на площади 0,9 × 0,4 мм, сохраняя при этом возможность подключения различных ответвлений.
В ходе экспериментальных испытаний система показала чувствительность 87 дБ и диапазон снижения чувствительности 3,42 мм. Она успешно разрешила внутренние структуры камеры смартфона. Кроме того, при бесконтактном измерении толщины кремниевой пластины абсолютная погрешность составила менее 2 мкм по сравнению с контактными методами, а при измерении блоков из мягкого фоторезиста SU-8 относительная погрешность составила менее 0,12 %.
Подключив угловой полированный волоконно-оптический зонд с шарообразной линзой диаметром 450 мкм, исследователи продемонстрировали способность системы получать трехмерные изображения резьбы внутри металлической оптической стойки и внутренних слоев свернутой пластиковой ленты.