光子器件测试需要对被测器件进行精确且可重复的光耦合，并在适用情况下进行电气或射频探针测试。具体要求取决于光子器件、其光学接口、测量任务以及开发或生产阶段。光栅耦合、端面耦合和沟槽耦合可能需要不同的定位和对准策略，而光学和电光表征（包括射频测量）则需要合适的仪器设备以及协调一致的测量工作流程。
SmarAct 通过一种面向光子集成电路（PIC）的模块化测试架构来满足这些要求。该架构整合了用于晶圆和芯片定位、预对准、计量与反馈、快速光学对准以及测量集成的功能模块。这些模块可根据具体应用进行选择和配置，既可单独使用，也可组合成自动化测试工作流。这种方法支持从研发和器件表征到小批量测试的各种应用场景，并具备集成到量产测试环境中的潜力。
图1 集成于机箱内的自动化电光PIC表征模块化系统。
构建光子器件测试链
晶圆台和样品台可将单个芯片、器件或测量点定位在测试接口的可及范围内。可选方案包括紧凑型XY台，以及根据应用需求配置运动行程、接口和探针集成计量功能的定制化晶圆台。
在光学定位方面，定位和预对准算法可将光纤、光纤阵列单元（FAU）、探头或光学头调整至相对于设备所需的指定位置和方向。不同的配置可实现横向定位、XYZ方向运动，或最多六个自由度的运动。通过工具和枢轴校准，可确定光学接口的工作位置和方向及其有效旋转中心，从而实现精确的多轴对准。
集成计量系统可为后续对准过程提供局部距离、高度和表面信息。例如，电容式传感或光学测距技术可支持受控接近和高度敏感的光学耦合。对于晶圆级应用，表面形貌测量可为后续的定位和测试过程提供参考数据。
一旦接近光学接口，便可采用多种方案进行耦合特性分析与精细对准。通过使用压电式扫描定位器，可利用运动控制器的固件功能快速获取与位置相关的耦合效率。这些测量结果随后可用于闭环优化。对于横向二维对准，扫描定位器能够基于运动控制器上的精密控制环路，直接进行快速的耦合优化。
对于目前尚无控制器集成选项的优化流程（例如跨不同控制器的多维优化），SmarAct 的开发环境提供了利用灵活的梯度搜索例程进行优化的方法。
该架构可通过开放的软件接口支持特定应用的光学、电光和射频仪器。外部硬件可通过插件或Python模块进行集成，包括仪器制造商提供的现有模块。SmarAct的开发软件可在统一的工作流中协调运动控制、对准算法、仪器控制、测量序列、可视化和数据采集。这使得外部测量设备能够与SmarAct的运动和对准技术协同工作。
图2 配置示例：对 LTOI（绝缘体上钽酸锂）马赫–曾德尔调制器进行晶圆级电光射频特性表征。
自动化晶圆级电光测试
SmarAct 联合 Luxtelligence 和Anritsu共同演示了该架构的实际应用。该系统可对 Luxtelligence 生产的 LTOI 马赫-曾德尔调制器进行自动晶圆级对准、光学耦合以及电光特性测试。Anritsu ShockLine™ MS46524B 矢量网络分析仪负责捕获电光响应，而 SmarAct 则提供运动模块、对准算法和控制技术。
该工作流程包括系统校准（用于建立相关工具和坐标关系），随后进行晶圆导航、器件定位、光学对准和测量。然后将光学接口定位并对准所选器件，并通过精细对准程序优化光学耦合。电学探针测试和矢量网络分析仪共同构成了测量链，用于表征器件的电光频率响应，也就是器件在不同电信号频率下将电信号转化为光学调制的响应情况。SmarAct的开发软件旨在通过可重复使用的流程模块将各个步骤连接起来，以实现器件控制、对准、测量、可视化和数据处理。
该演示系统阐释了模块化架构的核心理念：设备、光学接口、仪器仪表以及所需的自动化程度共同决定了系统配置。SmarAct组件既可作为独立的构建模块使用，也可组合成功能子系统，或与客户及第三方设备集成到协调一致的测试架构中。这使机器制造商、系统集成商和光子学制造商能够灵活开发针对特定应用的测试设备，同时仍能自主控制组件、仪器仪表及自动化程度的选择。