---

В области внутрикристальной интеграции фотонных микросхем за последнее десятилетие были достигнуты небывалые успехи благодаря значительным вложениям со стороны промышленных предприятий и государственных учреждений. Тем не менее, корпусирование и сборка фотонных систем из гибридных ИС по-прежнему являются сложным процессом с технической и коммерческой точки зрения. Во многих случаях отсутствие технически-приемлемой технологии сборки препятствует успешной коммерциализации фотонных интегрированных систем, несмотря на доступность составных частей. 

Основной проблемой в данной ситуации является тот факт, что процесс совмещения фотонных систем гораздо сложнее, чем электронных чипов. В то время как в электронике достаточно простого проводящего соединения для направления электронов от одного чипа к другому, фотонное соединение с низкими потерями требует тщательного согласования модового поля и точного совмещения оптических чипов, чтобы свет с выходной поверхности одного чипа напрямую проходил в принимающую поверхность другого чипа.

Это особенно актуально в случае с фотонными чипами на базе полупроводников, на которых смонтированы волноводы с высоким контрастом показателей преломления и диаметром модового поля порядка 1 мкм или менее. Сборка таких систем по-прежнему требует применения так называемых техник активного совмещения, при которых происходит постоянный мониторинг и оптимизация оптического сращивания. Кроме того, в случае со схемами с различным размером модового поля требуются дополнительные элементы, такие как микролинзы, что еще больше усложняет процесс сборки системы. 

Запатентованный подход Vanguard позволяет преодолеть эти ограничения с помощью изготовления фотонных волноводов и микрооптических компонентов на месте с использованием современных техник аддитивного трехмерного нанопроизводства. Это становится возможным благодаря концепции создания фотонных соединений, которая является оптическим аналогом металлического соединения проволочных выводов в электронике. Фотонные соединения (PWB) это одномодовые волноводы свободной формы, которые эффективно соединяют интегрированные оптические чипы друг с другом или с оптическими волокнами (см. Рис.1). Наши партнеры по исследованиям в KIT продемонстрировали, что фотонные соединения можно использовать для различных типов соединений волноводов и оптических волокон [1] – [4]. Для соединений формата «чип с чипом» горизонтальные размеры фотонных соединений составляют, как правило, 1-2 мкм, шаг по выводам может быть менее 5 мкм, что позволяет проложить сотни фотонных соединений на миллиметр излучающей грани кристалла. При соединении двух волноводов с КНД-структурами (SOI) вносимые потери составляют 1-2 дБ с незначительным отклонением в диапазоне длин волн 1200 - 1600 нм. Аналогичные значения потерь наблюдаются при фотонных соединений c многоволоконным световодам (MCF) или c InP-лазерам.

Создание фотонных соединений 

Производство фотонных соединений включает в себя несколько шагов с использованием лазерной 3D литографии с непосредственным формированием рисунка, основанной на двухфотонной полимеризации.

	Шаг 1 Фотонные чипы и оптоволокно крепятся на общую раму с помощью стандартной технологии «pick-and-place» со средней точностью.
	Шаг 2 Сопряженные области заливаются фоточувствительным резистом, затем положение граней волновода и совмещаемой структуры определяется с помощью 3D-технологий с субмикронной точностью.
	Шаг 3 Далее разрабатывается форма фотонного соединения в соответствии с записанными положениями граней, после чего создается фотонное соединение с помощью двухфотонной литографии.
	Шаг 4 На этапе проявления удаляется неэкспонированный резист.
	Шаг 5 На структуры наносится материал покрытия с низким коэффициентом преломления.

Поскольку форма соединений адаптируется к положениям соединяемых интерфейсов, высокоточное совмещение оптических чипов становится неактуальным. Более того, использование волновода свободной формы позволяет работать с сильно различающимися модовыми полями устройств, которые необходимо соединить.  Данная технологи может быть полностью автоматизирована и прекрасно подходит для крупносерийного массового производства.