研究團隊實現多光子晶片連接，制出光通信引擎實現高速轉換

與非網 5 月 28 日訊，自由光波導三維（3D）納米列印技術（也被稱為光子引線鍵合技術），可以在光子晶片之間有效地進行耦合，從而大大簡化光學系統的組裝過程，有效避免了傳統光學組裝技術所依賴的複雜且成本高昂的高精度對準技術。光學引線鍵合在鍵合形狀和軌跡方面有顯著優勢，可取代傳統的光學組裝技術。

近日，由 Matthias Blaicher 和 Muhammed Rodlin Billah 帶領的一隻由德國光子學、量子電子學和微結構技術領域專家組成的研究團隊，利用光子引線鍵合技術，實現了矽光子調製器陣列與雷射器和單模光纖之間的鍵合，製造出光通信引擎。

光子集成是實現各種量子技術的關鍵方法。該領域的大多數商業產品都依賴於需要耦合元件的光子晶片的獨立組裝，如片上適配器和體微透鏡或重定向鏡等。組裝這些系統需要複雜的主動對準技術，在器件開發過程中持續監控耦合效率，成本高且產量低，使得光子集成電路（PIC）晶圓量產困難重重。

研究人員利用先進的三維光刻技術將光學引線鍵合到晶片上，從而有效地將各種光子集成平臺連接起來。此外，研究人員還簡化了先進的光學多階模塊的組裝過程，從而實現了從高速通信到超快速信號處理、光傳感和量子信息處理等多種應用的轉換。研究成果發表在《自然：光、科學及應用》上。

在新研究中，為了在光子器件上設計出自由曲面聚合物波導，團隊利用光子引線鍵合技術實現全自動化地高效光耦合。將傳統系統的性能和靈活性優勢，與利用先進增材納米加工技術的整體集成的緊湊性和可擴展性優勢結合到了一起。

在實驗室中，研究人員設計了 100 個間隔緊密的光學引線鍵（PWB）。實驗結果為簡化先進光子多晶片系統組裝奠定了基礎。實驗模塊包含多個基於不同材料體系的光子晶片，包括磷化銦（InP）和絕緣體上矽（SOI）。實驗中的組裝步驟不需要高精度對準，研究人員利用三維自由曲面光子引線鍵合技術實現了晶片到晶片和光纖到晶片的連接。

在製造 PWB 之前，研究人員使用三維成像和計算機視覺技術對晶片上的對準標記進行了檢測。然後，使用雙光子光刻技術製造光學引線鍵，其解析度達到了亞微米級。研究團隊將光學夾並排放置在設備中，以防止高效熱連接中的熱瓶頸。混合多晶片組件（MCM）依賴於矽光子（SiP）晶片與磷化銦光源和輸出傳輸光纖的有效連接。研究團隊還將磷化銦光源作為水平腔面發射雷射器（HCSEL），當他們將光學引線鍵與微透鏡結合在一起時，可以方便地將光學平面外連接到晶片表面。

研究團隊通過實驗證實 3D 納米製造光子引線鍵合能夠突破現有混合光子集成方法的限制。該團隊通過研製兩種不同的混合多晶片發射機引擎，驗證了這種製造方法的可行性。雖然在這項工作中，研究團隊只專注於將該技術用於高速光通信的發射機模組，但該技術具有混合光子集成的優勢，具有廣泛應用潛力。