用于光子封装的双光子光刻

光子集成电路（PIC）是将多个光学组件组合在单个芯片上的紧凑型器件。它们在通信、测距、传感、计算、光谱学和量子技术方面有着广泛的应用。PICs现在使用成熟的半导体制造技术制造。它降低了成本并提高了性能。这使得PICs成为一种有前景的技术，适用于各种应用。

光子封装比电子封装更具挑战性。PICs需要高得多的对准精度，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。

PICs的紧密对准公差使其与主流电子封装技术和基础设施不兼容。此外，对多种材料平台（如硅III-V和铌酸锂）的异质或混合集成的需求不断增加，这是光子封装的另一个挑战。需要新的封装技术和设备体系结构来应对这些挑战。

在《光：先进制造》杂志上发表的一篇新论文中，由Shaoliang Yu博士和Qingyang Du领导的一个科学家团队开发了新的包装技术。

双光子光刻（TPL）是一种基于激光的技术，可用于创建具有非常高分辨率的3D结构。它最近成为一种很有前途的光子封装方法，即将光子组件组装和连接到单个系统中的过程。

TPL为光子封装提供了几个独特的优势。TPL可用于创建各种3D光子结构，例如光束整形器和模式转换器。当连接系统中的不同光学部件时，这对于实现高耦合效率和宽带宽是重要的。

它还可以在组装后在光子组件之间形成光学连接。这是因为可以根据部件之间的相对位移来定制连接的形状。这放松了PIC组装过程中的对准公差，并允许使用标准电子组装技术。

TPL可以创建高信道密度、低损耗的2.5-D或3D链路，以适应封装内光学端口之间的高度差。这对于混合集成尤其重要，在混合集成中，模块被图案化在具有不同厚度的不同基板上。

TPL可用于形成微米和纳米机械结构，以引导无源对准过程或可插拔光学连接器中的精确组件放置。

除了这些优点之外，TPL树脂通常具有宽带和低光衰减，使其适用于在不同材料平台之间构建低损耗光学链路。

总的来说，TPL是一种多功能、强大的光子封装技术。它提供了几个独特的优势，有助于解决封装PIC的挑战，例如紧密对准公差和异构或混合集成的需求。随着光子学行业越来越多地采用TPL，正在进行进一步的研发工作，以提高TPL的生产能力，扩大材料库，并开发新的设计和表征工具。

相关链接：https://phys.org/news/2023-11-two-photon-lithography-photonic-packaging-solution.html