凭借晶圆级制造工艺，集成光子学领域近年发展迅速。集成光子学平台和制造工艺在红外（激光雷达和通信等应用）和可见光（深入新兴应用领域，如显示、光遗传学和量子系统等）波段都已有报道。然而，这些进展主要集中于基于硅衬底上的制造工艺，获得的是刚性光子晶圆和芯片限制了其潜在的应用空间。
柔性集成光子晶圆有望使更多应用领域受益，例如贴合人体或衣物的可穿戴医疗监护设备和柔性显示器等。迄今，已有一些关于柔性光子学制造的报道。实现柔性光子学的一种流行技术是异质集成，即首先在刚性衬底上制造器件，然后通过direct-flip或stamp-assisted工艺将器件转移到柔性衬底上。另一种流行的技术是单片集成，即直接在柔性衬底上对器件进行图案化，而柔性衬底则由刚性衬底临时支撑。不过，这些现有柔性光子学仅限于单个器件或芯片规模的制造工艺，这限制了其可扩展性。
美国麻省理工学院（MIT）的研究人员开发并实验表征了第一个可以制造柔性光子晶圆及芯片的300毫米晶圆级平台。首先，研究人员开发了300毫米晶圆级CMOS兼容的柔性平台和制造工艺。接着，通过实验演示了可见光波长下的关键光学功能，包括芯片耦合、波导路由和无源器件。实验证明了光纤到芯片的边缘耦合，耦合损耗为8 dB/facet，300 nm宽和400 nm宽波导的传播损耗分别为12.1 dB/cm和9.4 dB/cm，1 x 2多模干涉仪（MMI）分路器的分路比为2.9 dB，所有这些都在632.8 nm工作波长下实现。
然后，研究人员进行了弯曲耐久性研究，以表征光子芯片的机械柔性。研究人员演示了将单个柔性光子芯片绕直径从5厘米到1.25厘米圆柱体弯曲2000次，其光学性能没有明显下降。最后，研究人员通过实验表征了弯曲柔性光子芯片所引起的偏振效应，比较了柔性芯片平放与围绕两个直径不同圆柱体弯曲时的器件性能，发现输出光的偏振会随着芯片的弯曲而发生变化。
总体来说，这项研究成果为可扩展的柔性集成光子学制造铺平了道路，推动集成光子学进入需要柔性光子芯片的新应用领域。展望未来，研究人员将继续开发这种晶圆级制造工艺，深入研究柔性光子芯片的特性。
论文下载链接：https://www.nature.com/articles/s41598-024-61055-w
