光子集成電路（PIC）正因能夠實現新穎的應用而處于重大顛覆技術的邊緣。這一成功很大程度上依賴于晶圓級小型化光子器件制造，將高功能性和穩健性與前所未有的性能和可擴展性相結合。

然而，盡管通過專門的代工服務已廣泛實現具有成本效益的PIC大規模生產，但可擴展的光子封裝和系統組裝仍然是加速商業應用的重大挑戰和障礙。

具體來說，芯片到芯片和光纖到芯片的連接通常依賴于對接耦合，其中器件表面彼此靠近或直接物理接觸。這種方法通常需要亞微米精度的高精度主動對準，從而使裝配過程變得復雜。此外，匹配模式場可能具有挑戰性，特別是在連接折射率對比度顯著不同的波導時。

據麥姆斯咨詢報道，近期，由德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）的Yilin Xu博士和Christian Koos教授領導的科學家團隊已經證明，3D打印的面貼附微透鏡（Facet-attached microlenses，FaML）可以克服基于PIC的解決方案的可擴展性挑戰。他們的研究成果以“3D-printed facet-attached microlenses for advanced photonic system assembly”為題在Light: Applied Manufacturing期刊上發表。

基于3D打印的面貼附微透鏡（FaML）的光學組件

FaML可以通過多光子光刻技術高精度地打印到光學元件的平面上，從而提供了通過自由設計的折射或反射表面來形成發射光束的可能性。光束可以被準直到相對較大的直徑，而與器件特定的模式場無關。這種方法放寬了軸向和橫向對準公差。

卡爾斯魯厄理工學院研究小組表示，他們的發現“意味著成本高昂的主動對準已經過時，可以被基于機器視覺或簡單機械擋塊的被動裝配技術所取代。”此外，FaML概念允許將分立光學元件（例如光隔離器或偏振分束器）插入到PIC面之間的自由空間光束路徑中。

FaML與偏振分束光學組件耦合實驗

在之前的工作基礎上，研究人員在一系列選定的具有高度技術相關性的演示中展示了該方案的可行性和多功能性。在第一組實驗中，他們將光纖陣列耦合到邊緣耦合硅光子（SiP）芯片陣列，每個接口的插入損耗達到1.4 dB，橫向平移1 dB對準容差為± 6 μm。

這是具有微米級對準公差的邊緣發射SiP波導接口所證明的最低損耗。研究人員進一步證明，他們的方案出色的對準公差允許使用傳統注塑零件實現非接觸式可插拔光纖芯片接口。

在第二組實驗中，他們使用標準機器視覺技術進行對準，展示了毫米范圍內距離的自由空間傳輸。第三組實驗最終致力于磷化銦（InP）激光器和SMF陣列之間的接口。在這些實驗中，研究人員演示了平面器件通過僅包含傾斜光學表面的非平面光束路徑的耦合，從而提供超低的背反射。

審核編輯：劉清