微结构技术领域专家利用光子引线键合技术，制造出光通信引擎

自由光波导三维（3D）纳米打印技术（也被称为光子引线键合技术），可以在光子芯片之间有效地进行耦合，从而大大简化光学系统的组装过程，有效避免了传统光学组装技术所依赖的复杂且成本高昂的高精度对准技术。光学引线键合在键合形状和轨迹方面有显著优势，可取代传统的光学组装技术。

近日，由 Matthias Blaicher 和 Muhammed Rodlin Billah 带领的一只由德国光子学、量子电子学和微结构技术领域专家组成的研究团队，利用光子引线键合技术，实现了硅光子调制器阵列与激光器和单模光纤之间的键合，制造出光通信引擎。

光子集成是实现各种量子技术的关键方法。该领域的大多数商业产品都依赖于需要耦合元件的光子芯片的独立组装，如片上适配器和体微透镜或重定向镜等。组装这些系统需要复杂的主动对准技术，在器件开发过程中持续监控耦合效率，成本高且产量低，使得光子集成电路（PIC）晶圆量产困难重重。

研究人员利用先进的三维光刻技术将光学引线键合到芯片上，从而有效地将各种光子集成平台连接起来。此外，研究人员还简化了先进的光学多阶模块的组装过程，从而实现了从高速通信到超快速信号处理、光传感和量子信息处理等多种应用的转换。研究成果发表在《自然：光、科学及应用》上。

在新研究中，为了在光子器件上设计出自由曲面聚合物波导，团队利用光子引线键合技术实现全自动化地高效光耦合。将传统系统的性能和灵活性优势，与利用先进增材纳米加工技术的整体集成的紧凑性和可扩展性优势结合到了一起。

在实验室中，研究人员设计了 100 个间隔紧密的光学引线键（PWB）。实验结果为简化先进光子多芯片系统组装奠定了基础。实验模块包含多个基于不同材料体系的光子芯片，包括磷化铟（InP）和绝缘体上硅（SOI）。实验中的组装步骤不需要高精度对准，研究人员利用三维自由曲面光子引线键合技术实现了芯片到芯片和光纤到芯片的连接。

在制造 PWB 之前，研究人员使用三维成像和计算机视觉技术对芯片上的对准标记进行了检测。然后，使用双光子光刻技术制造光学引线键，其分辨率达到了亚微米级。研究团队将光学夹并排放置在设备中，以防止高效热连接中的热瓶颈。混合多芯片组件（MCM）依赖于硅光子（SiP）芯片与磷化铟光源和输出传输光纤的有效连接。研究团队还将磷化铟光源作为水平腔面发射激光器（HCSEL），当他们将光学引线键与微透镜结合在一起时，可以方便地将光学平面外连接到芯片表面。

研究团队通过实验证实 3D 纳米制造光子引线键合能够突破现有混合光子集成方法的限制。该团队通过研制两种不同的混合多芯片发射机引擎，验证了这种制造方法的可行性。虽然在这项工作中，研究团队只专注于将该技术用于高速光通信的发射机模组，但该技术具有混合光子集成的优势，具有广泛应用潜力。
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