研究人員將小型光子芯片變成功能性溫度傳感器
與電子學(xué)類似,光子電路可以小型化到芯片上,從而形成所謂的光子集成電路(PIC)。盡管這些發(fā)展比電子產(chǎn)品更晚,但該領(lǐng)域正在迅速發(fā)展。然而,主要問(wèn)題之一是將這種 PIC 變成功能性設(shè)備。這需要光學(xué)封裝和耦合策略,以便將光引入 PIC 并從 PIC 中獲取光。 例如,對(duì)于光通信,需要使用光纖進(jìn)行連接,然后長(zhǎng)距離傳輸光脈沖;蛘,PIC 可以容納一個(gè)光學(xué)傳感器,該傳感器需要外部光才能讀出。 由于 PIC 上的光在亞微米尺寸的非常小的通道(稱為波導(dǎo))中傳播,因此這種光耦合非常具有挑戰(zhàn)性,需要在 PIC 和外部組件之間仔細(xì)對(duì)齊。光學(xué)元件也非常脆弱,因此正確封裝 PIC 對(duì)于獲得可靠的設(shè)備至關(guān)重要。 根特大學(xué)的Van Steenberge教授和Jeroen Missinne教授以及imec的研究團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)解決方案,以克服與下一代電信系統(tǒng)、傳感器和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備中的PIC相關(guān)的封裝和集成挑戰(zhàn)。 他們的活動(dòng)之一是使用非常小的透鏡(微透鏡)來(lái)更輕松地將 PIC 上的光通道與外部光纖或其他元件連接起來(lái)。他們已經(jīng)展示了可以在制造過(guò)程中集成到 PIC 本身的微透鏡或在封裝過(guò)程中添加的外部微透鏡。 后者是最近發(fā)表在《光學(xué)微系統(tǒng)》雜志上的一篇論文的主題。 ![]() 由此產(chǎn)生的封裝微型光學(xué)溫度傳感器探頭(右)和帶有分解圖的原理圖,說(shuō)明了傳感器探頭的構(gòu)建(左)。 使用直徑為300 um的小型球透鏡在PIC上的傳感器和可連接到標(biāo)準(zhǔn)讀出設(shè)備的光纖之間建立有效連接。 此外,本文還介紹了將 PIC 轉(zhuǎn)換為功能齊全且完全封裝的微型傳感器探頭(直徑小于 2 mm)所需的導(dǎo)入步驟。本演示中開(kāi)發(fā)的光學(xué)傳感器類型是布拉格光柵溫度傳感器,可測(cè)量高達(dá)180°C的溫度。 |