研究人员将小型光子芯片变成功能强大的温度传感器

与电子技术类似，光子电路也可以微型化到芯片上，形成PIC。虽然与电子技术相比，光子集成电路的发展较晚，但这一领域正在迅速发展。然而，主要问题之一是如何将这种光子集成电路转化为功能性设备。这就需要采用光学封装和耦合策略，将光线引入PIC并将光线带出PIC。

例如，光通信需要与光纤连接，然后由光纤将光脉冲长距离传输。另外，专用集成电路还可以容纳一个光学传感器，该传感器需要外部光线来读取数据。

由于光在集成电路上的传播通道非常微小，尺寸在亚微米级（称为波导），因此这种光学耦合非常具有挑战性，需要集成电路与外部元件之间仔细对准。此外，光学元件还非常容易损坏，因此要想获得可靠的设备，对集成电路进行适当的封装至关重要。

封装后的微型光学温度传感器探头照片（右图）和示意图（左图），图中的剖视图显示了传感器探头的组装过程

目前，根特大学的Van Steenberge教授和Jeroen Missinne教授以及imec的研究团队正在为下一代电信系统、传感器和生物医学设备开发解决方案，以克服与PIC相关的封装和集成难题。

他们的工作之一是利用非常小的透镜（微透镜），更方便地将集成电路上的光通道与外部光纤或其他元件连接起来。他们展示了可以在制造过程中集成到集成电路上的微透镜（microlense），或在封装过程中添加的外部微透镜。

后者是最近发表在《光学微系统杂志》（Journal of Optical Microsystems）上的一篇论文主题。

利用直径为300微米的小球透镜在集成电路上的传感器和光纤之间建立了有效的连接，光纤可连接到标准读出设备。

此外，该论文还介绍了将PIC转变为功能齐全、完全封装的微型传感器探头（直径小于2毫米）所需的导入步骤。此次演示开发的光学传感器类型是布拉格光栅温度传感器，测量温度最高可达180°C。

该传感器是在欧洲SEER项目框架内，与Argotech公司（捷克共和国）和雅典国立技术大学光子通信研究实验室共同开发的。在该项目中，几个欧洲合作伙伴的重点是将光学传感器集成到制造复合材料部件（如飞机上使用的部件）的生产流程中，最终实现工艺优化、节能和成本节约。

相关链接：https://phys.org/news/2023-12-small-photonic-chip-functional-temperature.html