Fotoniska integrerade kretsar (PIC) är kompakta enheter som kombinerar flera optiska komponenter på ett enda chip. De har ett brett utbud av tillämpningar inom kommunikation, avstånd, avkänning, beräkning, spektroskopi och kvantteknologi. PIC:er tillverkas nu med mogna halvledartillverkningsteknologier. Det har minskat kostnaderna och förbättrat prestanda. Detta gör PICs till en lovande teknik för en mängd olika applikationer.

Fotoniska förpackningar är mycket mer utmanande än elektroniska förpackningar. PIC kräver mycket högre inriktningsnoggrannhet, vanligtvis på mikron eller till och med submikronnivå. Detta beror på att de optiska lägena för PIC:er måste matchas exakt.

Den snäva inriktningstoleransen hos PIC gör dem oförenliga med vanliga elektroniska förpackningstekniker och infrastruktur. Dessutom är den ökande efterfrågan på heterogen eller hybridintegration av flera materialplattformar (som kisel III-V och litiumniobite) en annan utmaning för fotoniska förpackningar. Ny förpackningsteknik och enhetsarkitektur behövs för att möta dessa utmaningar.

I en ny artikel publicerad i Light:Advanced Manufacturing , ett team av forskare ledda av Dr. Shaoliang Yu och Qingyang Du har utvecklat ny förpackningsteknik.

Tvåfotonlitografi (TPL) är en laserbaserad teknik som kan användas för att skapa 3D-strukturer med mycket hög upplösning. Det har nyligen dykt upp som ett lovande tillvägagångssätt för fotoniska förpackningar, vilket är processen att montera och koppla samman fotoniska komponenter till ett enda system.

TPL erbjuder flera unika fördelar för fotoniska förpackningar. TPL kan användas för att skapa olika 3D-fotoniska strukturer, såsom strålformare och modtransformatorer. Detta är viktigt för att uppnå hög kopplingseffektivitet och breda bandbredder vid anslutning av olika optiska komponenter i ett system.

Det kan också bilda optiska förbindelser mellan fotoniska komponenter efter montering. Detta beror på att formen på anslutningarna kan anpassas efter den relativa förskjutningen mellan komponenterna. Detta minskar inriktningstoleransen under PIC-montering och möjliggör användning av elektroniska standardtekniker.

TPL kan skapa 2,5-D- eller 3D-länkar med hög kanaldensitet och låg förlust för att tillgodose höjdskillnaderna mellan de optiska portarna inuti ett paket. Detta är särskilt viktigt för hybridintegration, där moduler mönstras på olika substrat med olika tjocklekar.

TPL kan användas för att bilda mikro- och nanomekaniska strukturer för att styra exakt komponentplacering i en passiv inriktningsprocess eller pluggbara optiska kontakter.

Utöver dessa fördelar har TPL-hartser vanligtvis bredband och låg optisk dämpning, vilket gör dem lämpliga för att bygga optiska länkar med låga förluster mellan olika materialplattformar.

Sammantaget är TPL en mångsidig och kraftfull teknik för fotoniska förpackningar. Det erbjuder flera unika fördelar som kan hjälpa till att ta itu med utmaningarna med förpacknings-PIC, såsom den snäva anpassningstoleransen och behovet av heterogen eller hybridintegration. När fotonikindustrin i allt högre grad anammar TPL pågår ytterligare forsknings- och utvecklingsinsatser för att öka TPL-tillverkningen, utöka materialrepertoaren och utveckla nya design- och karaktäriseringsverktyg.

Mer information: Shaoliang Yu et al, Tvåfotonlitografi för integrerad fotonisk förpackning, Light:Advanced Manufacturing (2023). DOI:10.37188/lam.2023.032

Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences