Os circuitos integrados fotônicos (PICs) são dispositivos compactos que combinam vários componentes ópticos em um único chip. Eles têm uma ampla gama de aplicações em comunicações, detecção, computação, espectroscopia e tecnologia quântica. Os PICs agora são fabricados usando tecnologias maduras de fabricação de semicondutores. Reduziu custos e melhorou o desempenho. Isso torna os PICs uma tecnologia promissora para uma variedade de aplicações.



A embalagem fotônica é muito mais desafiadora do que a embalagem eletrônica. Os PICs exigem uma precisão de alinhamento muito maior, normalmente no nível mícron ou mesmo submícron. Isso ocorre porque os modos ópticos dos PICs precisam ser combinados com precisão.

A estreita tolerância de alinhamento dos PICs os torna incompatíveis com as principais técnicas e infraestrutura de embalagens eletrônicas. Além disso, a crescente demanda por integração heterogênea ou híbrida de múltiplas plataformas de materiais (como silício III-V e niobite de lítio) é outro desafio para o empacotamento fotônico. Novas tecnologias de embalagem e arquiteturas de dispositivos são necessárias para enfrentar esses desafios.

Em um novo artigo publicado em Light:Advanced Manufacturing , uma equipe de cientistas liderada pelo Dr. Shaoliang Yu e Qingyang Du desenvolveu novas tecnologias de embalagem.

A litografia de dois fótons (TPL) é uma tecnologia baseada em laser que pode ser usada para criar estruturas 3D com resolução muito alta. Recentemente emergiu como uma abordagem promissora para embalagens fotônicas, que é o processo de montagem e conexão de componentes fotônicos em um único sistema.

O TPL oferece diversas vantagens exclusivas para embalagens fotônicas. O TPL pode ser usado para criar várias estruturas fotônicas 3D, como modeladores de feixe e transformadores de modo. Isto é importante para alcançar alta eficiência de acoplamento e amplas larguras de banda ao conectar diferentes componentes ópticos em um sistema.

Também pode formar conexões ópticas entre componentes fotônicos após a montagem. Isso ocorre porque o formato das conexões pode ser customizado de acordo com o deslocamento relativo entre os componentes. Isto relaxa a tolerância de alinhamento durante a montagem do PIC e permite o uso de técnicas de montagem eletrônica padrão.

O TPL pode criar links 2,5-D ou 3D de alta densidade de canal e baixa perda para acomodar as diferenças de altura entre as portas ópticas dentro de um pacote. Isto é particularmente importante para a integração híbrida, na qual os módulos são padronizados em diferentes substratos com espessuras variadas.

O TPL pode ser usado para formar estruturas micro e nanomecânicas para orientar o posicionamento preciso dos componentes em um processo de alinhamento passivo ou conectores ópticos conectáveis.

Além dessas vantagens, as resinas TPL são tipicamente de banda larga e baixa atenuação óptica, tornando-as adequadas para a construção de links ópticos de baixa perda entre plataformas de materiais diferentes.

No geral, o TPL é uma tecnologia versátil e poderosa para embalagens fotônicas. Ele oferece diversas vantagens exclusivas que podem ajudar a enfrentar os desafios do empacotamento de PICs, como a tolerância de alinhamento rígido e a necessidade de integração heterogênea ou híbrida. À medida que a indústria fotônica adota cada vez mais o TPL, mais esforços de pesquisa e desenvolvimento estão em andamento para aumentar o rendimento da fabricação de TPL, expandir o repertório de materiais e desenvolver novas ferramentas de design e caracterização.

Mais informações: Shaoliang Yu et al, Litografia de dois fótons para embalagens fotônicas integradas, Light:Advanced Manufacturing (2023). DOI:10.37188/lam.2023.032
Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências