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《集成式单模光纤透镜阵列简化光电封装》

  • 来源专题：集成电路
  • 编译者： 李衍
  • 发布时间：2023-05-19

  • 据eenewseurope网站5月12日报道，中国广东蓝光智能科技有限公司采用了沙特基础工业公司（SABIC）ULTEMtrade； 树脂，开发了其首款用于波分复用（WDM）模块的集成式单模光纤透镜阵列。波分复用模块能够在一根光纤上同时传输不同波长的光波，显著提升了带宽容量。

    SABIC的ULTEM树脂是一种近红外（IR）透明的耐高温聚醚酰亚胺（PEI）树脂，实现了连接器（此前采用金属）和接收透镜阵列（此前采用玻璃）的一体化成型，同时也用于生产WDM元件的外壳。SABIC的ULTEM树脂在较宽的温度范围（-40℃至85℃）内提供高的近红外透射（在850-1550nm时>88%）、高折射率、高机械强度和优异的尺寸稳定性，通过部件集成以避免二次加工，有助于降低单模波分复用通信技术的应用成本。

    相比用玻璃或金属制造单个部件，蓝光智能科技的这款集成式WDM模块不仅节省了成本，更是简化了制造和装配工艺。


  • 原文来源：https://www.eenewseurope.com/en/integrated-plastic-lens-simplifies-optoelectronic-packaging/
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  • 《单模光纤阵列能否降低共封装光学器件的成本和复杂性？》
    • 来源专题：光电信息技术
    • 编译者：王靖娴
    • 发布时间：2025-06-23
    •  【内容概述】据光电汇6月22日报道，当前，外部激光源与芯片组之间普遍采用保偏光纤（PMF）阵列，以确保硅光子器件光学性能所需的稳定偏振态。尽管保偏光纤具备偏振控制能力强的优势，但其高精度对准要求推高了制造复杂度，显著增加了封装成本。为此，英伟达（Nvidia）的Mehta及其团队提出了一种替代方案：用单模光纤（SMF）阵列取代保偏光纤，在不牺牲系统性能的前提下可降低成本与复杂度。   该方案最核心的设计是“两级偏振跟踪电路”。研究核心在于证明：无需复杂或特殊的光子电路，仅通过简单设计就能替代保偏光纤，大幅节省封装成本。该方案面临的关键挑战在于：尽管单模光纤替代保偏光纤降低了连接器组装成本，但会在发射器输入端引入偏振不确定性。团队通过偏振跟踪光子电路解决了这一问题，而核心难点在于最小化其功率开销。此外，单模光纤需要特定类型的光输入/输出（I/O），这类I/O通常比传统方案插入损耗更高，进一步增加了光子链路的预算压力。因此，控制综合成本成为关键——否则单模光纤带来的成本与性能优势可能被抵消。   近期，该团队展示了测试芯片的实验结果，验证了方案的可行性，并对基于保偏光纤和单模光纤的架构进行了详细的成本-性能分析。其中一款实验测试芯片 设计了一种光子电路，用于解决在光发射器输入端用标准单模光纤替代保偏光纤时，引入的偏振不确定性问题，通过利用光纤部署中的受控屏蔽环境，该电路旨在最小化电功率消耗开销。   这一突破不仅为高速计算领域提供了更经济的光互连方案，更揭示了硅光子学与传统光纤技术融合的潜力。随着AI与量子计算对带宽需求的指数级增长，共封装光学中“去PMF化”的趋势或将重新定义光电子封装的技术标准，推动数据中心架构向更高效、更经济的方向演进。
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  • 《前沿 | 单片集成微型超构透镜阵列的光机械红外探测器》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：胡思思
    • 发布时间：2024-11-01
    • 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系赵旸教授团队研究设计了一种长波红外(Long-wavelength Infrared, LWIR）微型超构透镜阵列与光机械红外探测器的单片集成方案，并对其进行了制造和表征。该团队开发了一种MEMS(Microelectromechanical Systems)加工工艺，将微型超构透镜阵列直接制作在红外探测器衬底的背面。通过微型超构透镜阵列对红外光的聚集作用，红外探测器的等效填充因子得到了显著提高，从而获得了更灵敏的红外响应。实验测试结果表明，单片集成微型超构透镜阵列显著提升了光机械红外探测器在长波红外8~14 μm波段的响应率，实现了81.8%的性能提升。 红外探测技术在工业、汽车、消费电子等诸多领域都有着广泛的应用。然而，红外探测器在灵敏度、成本效益以及集成性等方面均无法与可见光探测器相比，这激发研究人员开始探索使用可见光探测器进行红外探测的新方法。其中，基于双材料微悬臂梁热变形的光机械非制冷红外探测器正是利用了这种新方法，通过“红外光-热-机械-可见光”能量转换实现红外测量，展现了巨大的应用潜力。然而，与大多数类型的红外探测器一样，它也面临着填充因子低的限制，即光敏区域占像素面积小导致光能利用效率低下。 微型超构透镜是一种基于亚波长结构设计的平面微透镜。与传统的曲面微透镜不同，微型超构透镜通过亚波长结构的排列组合灵活操控光波的相位、幅度、波长或偏振，从而实现光的精确聚焦和控制。这种技术使得超构透镜具有紧凑的尺寸、设计灵活性和对不同光谱的高效控制能力。同时，它们与MEMS高度兼容，广泛应用于高分辨成像、光学传感器和虚拟现实（VR）设备等领域。微型超构透镜阵列有望与红外探测器单片集成，从而大幅提升入射红外光的利用效率，增强红外探测器的响应。 创新点一：提出长波红外微型超构透镜阵列与光机械红外焦平面探测器阵列的单片集成方案。该工作中，光机械红外焦平面探测器阵列锚定在硅衬底上，而由硅制成的介质微型超构透镜直接制作在衬底背面，微型超构透镜与红外焦平面探测器像素一一对准。通过微型超构透镜阵列对红外光的聚集作用，将整个像素面积内的光聚焦与远小于像素面积的光吸收区域（Absorber），从而显著提高红外探测器的等效填充因子，获得了更灵敏的红外响应。 图1 集成微型超构透镜显著提高红外探测器的像素利用区域 图2 单片集成微型超构透镜的红外探测器 创新点二：利用不同尺寸亚波长单元结构对光的相位进行调控，模拟出微型超构透镜的相位轮廓，即可实现对光的聚焦调控。仿真计算结果表明，当吸收板尺寸为26 μm × 26 μm时（像素尺寸为60 μm，填充因子为19%），超过80%的入射辐射可以被吸收板所接收，极大地提升了光能利用效率。 图3 面向长波红外应用的微型超构透镜阵列设计与仿真计算：（a）单个微型超构透镜的结构示意图；（b,c）微型超构透镜阵列在x-z平面(x=0)以及x-y平面(z=300 μm焦点处)的光场分布 创新点三：探索了单片集成微型超构透镜阵列的光机械红外探测器的全套微纳加工工艺，并成功制备所提出的集成式探测器。为超构光学与MEMS器件的集成提供了设计与制备基础，而MEMS与超构透镜的集成将推动新一代光学器件的发展，提升其在各类应用中的表现。与未集成微型超构透镜的探测器像素相比，集成了集成微型超构透镜的像素响应率提高81.8%。 图4 单片集成微型超构透镜的红外探测器阵列制造与表征：（a）微纳加工工艺；（b,c）正面光机械红外探测器阵列；（d,e）背面微型超构透镜阵列 图5 集成与未集成微型超构透镜的红外探测器像素的响应 提出长波红外微型超构透镜阵列与光机械红外焦平面探测器阵列的单片集成方案，光机械红外焦平面探测器阵列锚定在硅衬底上，而由硅制成的介质微型超构透镜直接制作在衬底背面，微型超构透镜与红外焦平面探测器像素一一对准。通过微型超构透镜阵列对红外光的聚集作用，提高红外探测器的等效填充因子。探索了单片集成微型超构透镜阵列的光机械红外探测器的全套微纳加工工艺，并成功制备所提出的集成式探测器。与未集成微型超构透镜的探测器像素相比，集成了集成微型超构透镜的像素响应率提高81.8%。未来可通过逆设计进一步提高微型超构透镜的聚焦效率；也可利用超构透镜对波长和偏振的灵活控制，在此研究基础上，实现紧凑式第三代多色/偏振红外探测器，极大地拓展其应用场景。
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