一个前景广阔的解决方案：用于光子封装的双光子光刻技术
发布时间：2023-12-04 11:40:25 阅读数： 212
a. 位于激光束焦点处的 TPL 体块示意图。 b. 光子焊线键合。 c. 自由形态微光学器件。资料来源：《Light: Advanced Manufacturing 》（2023 年）。
光子集成电路（PIC）是在单个芯片上集成多个光学元件的紧凑型设备。它们在通信、测距、传感、计算、光谱学和量子技术领域有着广泛的应用。目前，PIC 是利用成熟的半导体制造技术制造的。它降低了成本，提高了性能。这使得 PIC 在各种应用中成为一项前景广阔的技术。
光子封装比电子封装更具挑战性。PIC 要求更高的对准精度，通常在微米甚至亚微米级别。这是因为 PIC 的光学模式需要精确匹配。专用集成电路具有严格的对准公差，因此与主流电子封装技术和基础设施不兼容。此外，对多种材料（如硅 III-V 和铌酸锂）的异质或混合集成的需求日益增长，这也是光子封装面临的另一个挑战。需要新的封装技术和器件架构来应对这些挑战。
在《Light: Advanced Manufacturing》上发表的一篇新论文中，由余绍良博士和杜青阳博士领导的科学家团队开发出了新的封装技术。双光子光刻（TPL）是一种基于激光的技术，可用于创建分辨率极高的三维结构，它最近成为光子封装的一个前景广阔的解决方案，光子封装是将光子元件组装和连接成一个单一系统的过程。
TPL 为光子封装提供了几个独特的优势。TPL 可用于创建各种三维光子结构，如光束整形器和模式转换器。这对于在系统中连接不同光学元件时实现高耦合效率和宽带宽非常重要。
它还可以在组装后形成光子元件之间的光连接。这是因为连接的形状可以根据组件之间的相对位移进行定制。这就放宽了 PIC 组装过程中的对准公差，并使标准电子组装技术得以使用。
TPL可以创建高通道密度、低损耗的2.5 d或3D链路，以适应封装内光端口之间的高度差异。这对于混合集成尤其重要，在混合集成中，模块在具有不同厚度的不同基板上进行图案设计。TPL可用于形成微纳米机械结构，以引导无源对准过程或可插拔光学连接器中的精确元件放置。除了这些优点外，TPL 树脂通常具有宽带和低光学衰减的特点，因此适合在不同材料平台之间构建低损耗光链路。
总之，TPL 是一种用途广泛、功能强大的光子封装技术。它具有一些独特的优势，有助于解决封装 PIC 所面临的挑战，如严格的对准公差和异构或混合集成的需求。随着光电子行业越来越多地采用 TPL，目前正在进行进一步的研究和开发工作，以提高 TPL 制造能力，扩大材料种类，并开发新的设计和表征工具。
