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- 硅光子溫度傳感器：從光子集成芯片到完整封裝微型探針
- 來源：SPIE 發(fā)表于 2023/12/25
荷蘭根特大學和比利時微電子研究機構（imec）的一支聯(lián)合研究團隊正在開發(fā)一種解決方案，以克服下一代通信系統(tǒng)、傳感器和生物醫(yī)學器件應用的光子集成電路相關的封裝和集成挑戰(zhàn)。
與電子元器件類似，光子電路也可以微型化到芯片上，形成所謂的光子集成電路（PIC）。盡管相比電子技術起步晚得多，但光子集成電路領域正在迅速發(fā)展。該領域的主要問題之一，是將光子集成電路變成一種功能器件。這需要光學封裝和耦合策略將光引入、引出光子集成電路。
對于光通信應用，需要利用光纖進行連接，然后長距離傳輸光脈沖�；蛘撸庾蛹呻娐愤�可以設計成需要外部光進行讀出的光學傳感器。
光子集成電路上的光在被稱為波導的亞微米級通道中傳播，因此這種光學耦合非常具有挑戰(zhàn)性，需要對光子集成電路和外部組件進行準確對準。此外，光學元件非常脆弱，因而合適的封裝對于制造可靠的光子器件至關重要。
緊湊型硅光子溫度傳感器封裝概念及其元件的爆炸圖
據(jù)麥姆斯咨詢報道，荷蘭根特大學（Ghent University）和比利時微電子研究機構（imec）的一支聯(lián)合研究團隊正在開發(fā)一種解決方案，以克服下一代通信系統(tǒng)、傳感器和生物醫(yī)學器件應用的光子集成電路相關的封裝和集成挑戰(zhàn)。
研究人員從硅波導中具有布拉格光柵傳感器的光子集成電路裸芯片開始，詳細介紹了獲得完整封裝的微型光子溫度傳感器的過程。
光子集成電路開發(fā)、光學接口開發(fā)以及組裝和封裝
為了獲得盡可能小的傳感器，研究人員使用300 μm的球透鏡從背面連接光子集成電路。這確保了頂部表面沒有任何接口光纖。基于這種光學接口概念，研究人員開發(fā)了一種解決方案，用于將1 mm x 1 mm傳感器光子集成電路與單模光纖集成，并將其封裝在內(nèi)徑為1.5 mm的金屬保護管中。利用激光制造的熔融二氧化硅支架，確保了球透鏡的準確位置。結果表明，由球透鏡接口引起的附加插入損耗非常有限。
（a）（b）組裝好的傳感器照片，包括保護管和接口光纖；（c）俯視圖，傳感器周圍的填充區(qū)域。
（a）（b）組裝好的傳感器照片，包括保護管和接口光纖；（c）俯視圖，傳感器周圍的填充區(qū)域。
研究人員利用直徑為300 μm的小球透鏡，在光子集成電路上的傳感器和連接標準讀出設備的光纖之間建立了有效連接。
研究人員通過實現(xiàn)工作在1550 nm左右的封裝相移硅布拉格光柵溫度傳感器證明了該概念，該傳感器可以使用商用探詢器在反射中讀出。該光子學溫度傳感器的靈敏度為73 pm/℃，展示了可達180℃的溫度傳感功能。
論文鏈接：https://doi.org/10.1117/1.JOM.4.1.011005
延伸閱讀：
《半導體光子集成電路（PIC）技術及市場-2022版》
《量子傳感器技術及市場-2023版》
《汽車艙內(nèi)傳感技術及市場-2023版》
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