光電元件

光電元件 (Opto-electronics；O/E) 結合光子技術與高速電子技術，能夠在微波至太赫茲 (Terahertz；THz) 頻率範圍內產生、傳輸與處理訊號，在現今高速設計中日益重要。O/E 裝置是 5G 與物聯網 (IoT) 系統與網路不可或缺的組成部分，也是 6G 研發的關鍵要素。原因在於其可為高頻寬資料傳輸與高速互連提供近乎無限的頻寬、低損耗、低干擾、短距與長距覆蓋、低功耗，以及高速資料傳輸能力。

為因應新興高速且複雜設計對 O/E 裝置整合的需求，其設計正朝向高度微型化發展。此趨勢源於單一晶圓上整合之 O/E 裝置數量持續增加，且晶圓層級設計亦納入更多複雜功能，包括接收光學子組件 (ROSA)、傳輸光學子組件 (TOSA) 以及雙向光學子組件 (BOSA)。在此發展下，光學與電子功能於矽光子 (SiPh) 設計中日益緊密整合，並於小型 CMOS 晶片上實現。隨著兩大技術領域在有限空間內的融合，性能驗證的複雜度亦顯著提升。

新興應用案例

O/E 技術被廣泛應用於多種領域，包括低相位雜訊的 O/E 振盪器、載波包絡鎖相雷射、光子技術複雜雷達訊號產生器、相控陣列天線架構、光子類比數位轉換器 (Photonic ADC)、電光取樣與太赫茲訊號產生等。許多此類應用正逐步擴展至新興場景，其部分代表性應用案例列於表(一)。

表(一)：光電元件技術應用案例

光電元件測試與驗證技術

隨著設計導入更高頻率，精確的相位量測成為不可或缺的環節。因為波長縮短，向量網路分析儀 (VNA) 成為驗證光電元件不可或缺的測試利器。針對 TOSA、ROSA、BOSA，甚至晶圓級 SiPh 元件的測試與特性分析，光電向量網路分析儀必須涵蓋微波寬頻頻率範圍。

VNA 的一大優勢在於能以 S 參數的形式，同步量測幅度與相位特性。此項能力相較於光波元件分析儀 (LCA) 的測試方式，在高速設計應用上更具顯著優勢。相位控制或量測上的微小偏差，均可能導致整體誤差，因此選擇合適的 VNA 成為提升設計可靠性的關鍵。

為達成精確的元件特性量測，VNA 必須具備從近直流頻率至超過150 GHz之寬頻掃描能力。此項特性有效提升量測至第三階及第五階諧波時的準確度與重複性。對於通常需要長時間量測的 O/E 驗證來說，這一點尤為重要 。

完整的光電測試解決方案包括配備光學調變器的 VNA 視應用需求搭配雷射光源，以及參考光電偵測器。量測可追溯性至關重要，且隨頻率提升挑戰愈加嚴峻。相關模組須依照美國國家標準技術研究院 (NIST) 標準進行特性量測。去嵌入 (De-embedding) 過程同樣關鍵，以避免非被動性與因果關係錯誤。