参照前文：

光通信+双光子打印--用于集成光子封装的双光子3d打印技术，打印微透镜耦合和光子引线键合

ECOC欧洲光通信会议--新闻快报

韩国LESSENGERS Inc--800G收发器产品(800G OSFP SR8)将于2023年第四季度开始批量生产，并开始向客户发货。DOW是一种基于聚合物的空气填充波导技术，尤其适用于数据中心和高性能计算环境中的光互连。

而作为双光子3d聚合打印技术的重要应用之一，光子引线键合技术在如果的光子集成线路PIC行业应用也是越来越多。 

我们将会分两部分讲解，

*光子引线键合的加工流程

*光子引线键合的应用场景及优势

划重点

目前国内光子集成线路PIC行业，众多高效，单位，企业均有涉及，从业高级人才数量不断增多，PIC行业发展也十分快，工艺设备不断革新，新技术层出不穷。

光子引线键合技术在pic行业应用不断增多，国外vanguard率先出售商业化的光子引线键合量产设备SONATA1000，但是该设备单价较高，目前国内保有量不足，但是新的技术对于国内很多老师，企业的需求的解决，新产品开发具有大的帮助。

因此小编为大家提供基于光子引线键合技术的光纤/光波导/激光器/探测器之间的耦合加工，采用vanguard SONATA1000设备，为您提供加工服务，您只需要提供光纤/光波导/激光器/探测器的光学参数，由我们来提供封光学设计方案，引线键合加工，当然除了光子引线键合加工 ，Vanguard的设备也很擅长在光纤端面，或者波导芯片的出光口，其他芯片的出光口进行加工。

在光纤端面和激光器/波导出光口加工透镜，进行光路整形

光子引线键合加工 光纤/探测器/激光器/光波导之间耦合

光子引线键合的加工流程

Vanguard 的专有方法有望通过使用高端增材 3D 纳米制造技术对光子波导和微光学元件进行原位构建来克服这些限制。这导致了光子引线键合的概念，它可以被认为是电子产品中金属引线键合的光学模拟。光子引线键合 （PWB） 是单模自由曲面波导，可有效地将集成的光学芯片相互连接或连接到光纤，参见图 1。我们在 KIT 的研究合作伙伴已经证明，光子引线键合可以连接到各种片上波导和光纤 [1] – [4]。对于芯片到芯片连接，PWB 波导的横向尺寸通常为 1...2 μm，间距可以小于 5 μm，从而使每毫米芯片边缘具有数百 PWB [1]。对于两个绝缘体上硅 （SOI） 波导的连接，插入损耗为 1 dB ...已证明 2 dB 在 1200 nm 波长范围内的变化可以忽略不计......1600 nm [1]。将 PWB 连接到多芯光纤 （MCF） [2] 或基于 InP 的激光源 [3]、[4] 时，可以获得类似的损耗数字。

光子引线键合的制造

使用基于双光子聚合的直写 3D 激光光刻技术分几个步骤制造光子引线键合 [1]。

第 1 步

光子芯片和光纤使用中等精度的标准拾取和放置机械固定在公共底座上。 

步骤 2

然后将互连区域嵌入到光敏光刻胶中，并使用 3D 机器视觉技术以低于 100 nm 的精度检测光刻胶内波导刻面和耦合结构的实际位置。

步骤 3

光子引线键合 （PWB） 波导的形状是根据记录的刻面位置设计的，并使用双光子光刻技术进行定义。

步骤 4

在显影步骤中去除未曝光的光刻胶材料。

步骤 5

最后，将结构嵌入低折射率覆层材料中。

由于键合的形状适应耦合接口的位置，因此光学芯片的高精度对准变得过时了。此外，通过使用锥形自由曲面波导，光子线键合可以应对要连接的器件的巨大不同模式场。该技术可以完全自动化，非常适合高通量大规模生产。

光子引线键合的应用场景及优势

用于光子集成的增材 3D 纳米制造

在过去十年中，在工业和公共机构的大量研究投资的推动下，光子电路的片上集成取得了巨大进步。然而，由分立芯片封装和组装光子系统仍然是一项重大的技术和商业挑战。在许多情况下，缺乏工业上可行的组装技术阻碍了光子集成系统的成功商业化，即使基本的芯片级构建模块可用。

这背后的根本问题是，光子芯片的耦合比电子芯片的耦合要困难得多：在电子学中，简单的导电连接就足以将电子从一个芯片引导到另一个芯片，而低损耗光子连接需要仔细匹配模场大小和光学芯片的高精度对准，以便从一个芯片的输出面传出的光直接耦合到另一个芯片的输入面中。当基于半导体的光子芯片携带高折射率对比度波导时，模场直径约为 1 μm 或更小，这一点尤其具有挑战性。到目前为止，此类系统的组装需要所谓的主动对准技术，其中光学耦合效率在对准过程中得到持续监控和优化。此外，如果芯片具有不同的模场大小，则需要额外的元件，例如微透镜，这进一步增加了系统组装的复杂性。

最先进的技术

混合光学系统的可扩展组装被认为是光子学制造中最大的挑战之一 [1]。

由于光学模场本身就很小，因此需要亚微米级的对准精度 [2]。“被动”拾取和放置方法无法满足这些要求，例如，使用真空工具拾取设备，并将其放置在由相机确定的位置。

相反，组件在组装过程中必须运行，同时通过测量和最大化通过组件的光耦合来优化它们之间的相对对齐 [1]。更糟糕的是：虽然用于固定组件的胶粘剂会固化，但必须将它们稳定地固定在最佳位置。使用热激活胶粘剂时，这是一个缓慢的过程，需要几分钟 [3]。

一般来说，即使采用自动化程序 [4]，典型 PIC 组件的主动组装也需要 10 分钟以上，而对于复杂的发射器设备，可能需要长达 45 分钟。因此，光学系统组件是迄今为止光子元件最重要的成本驱动因素。

除了耦合到光纤之外，将多个 PIC 异构集成到一个封装中也非常重要。 它允许结合不同领域的优势（例如 III-V 平台的增益与 LNOI 平台的 EO 控制）来实现复杂的设备。最先进的异构集成方法，如倒装芯片法或芯片键合，需要昂贵且复杂的后处理步骤，如抛光和表面处理。

使用光子线键合 （PWB） 的概念。 这项技术是 Vanguard Automation 的专有技术，为将 LNOI 耦合到其他 PIC（图 1）以及单模光纤提供了通用解决方案。

PWB 利用了粗略预定位元件之间单模互连波导的先进三维 （3D） 纳米打印技术，从而在完全自动化的过程中实现截然不同模场轮廓的波导之间的高效接口。

图 1：示意图组件展示了 ELENA 基于光子引线键合 （PWB） 的光子封装解决方案，该解决方案可实现 LNOI 与其他 PIC 平台的快速和可扩展的混合集成。

PWB 支持将不同的 PIC 经济高效地混合集成在单个封装中，用于先进和紧凑的高端设备，例如，LNOI 芯片将允许高效、快速地操纵光线，而 InP 芯片将提供激光器和光电探测器。

需要注意的是，LNOI  虽然是芯片内光的电子控制和布线功能最强大的平台之一，但它本身并不具有光增益。因此，激光器、光电探测器和放大器等组件不能直接与 LNOI 一起使用。

因此，通过将光源和探测器混合集成在同一光学封装中，基于 III-V 族的光子芯片和 LNOI 之间的低成本接口显着扩大了其范围，从而显着提高了系统的紧凑性和功能性，并降低了成本。

PWB 技术不需要对芯片表面进行后处理，也不需要主动预对准。它已经发展到可用于实现高性能光子多芯片模块的程度，例如将硅光子调制器和 InP 激光器组合在混合光学组件中的 8 通道收发器 [5]（图 2）。InP 和 LNOI 芯片的低损耗异构集成对于 ELENA 的可调谐激光器原型尤为重要。

图 2：采用光子引线键合 （PWB） 技术制造的 8 通道发射器，用于互连各种光子元件。插图 （1）：将 InP 激光阵列连接到 SOI 芯片的 PWB 的显微照片。插图 （2）：将 SOI 芯片连接到单模光纤 （SMF） 的两个 PWB 的显微照片。图片来源：[5]

将光子芯片与电子电路和光学元件连接起来的能力是 PIC 器件工业化的关键。由于 LiNbO3 晶体在环境空气中具有很高的稳定性，因此并不总是需要密封封装，这大大简化了集成。这种包装概念的其他优点是

改进的热管理 [2][6];

晶圆级组件的预选 [7];

结合不同 PIC 平台的优势。

计划对 PIC 芯片进行直接引线键合以测试印刷电路板 （PCB），供 ELENA 的最终用户演示者使用。

光学系统的混合组装被认为是在许多领域创建光子器件的一种非常有前途的方法，范围从光通信到传感和量子应用。

图 3：光子引线键合 （PWB） 的概念，以 ELENA 中使用的调制器芯片为例

（a） 光子芯片和光纤安装在公共载体上，并嵌入光敏光刻胶中。然后使用飞秒 （fs） 激光器通过双光子聚合将光子引线键合写入光刻胶的体积中。引线键合可以具有任意的三维形状。即使对于纳米级单模波导，这也消除了主动对准，并实现了模场尺寸的完美匹配。（b） 两个界面的示例电子显微镜图像，在本例中是与 PWB 连接的绝缘体上硅 （SOI） 芯片。