硅光子温度传感器：从光子集成芯片到完全包装的微型探针
荷兰根特大学和比利时微电子研究机构（imec）为了克服下一代通信系统、传感器和生物医学器件应用光子集成电路的包装和集成挑战，联合研究团队正在开发一种解决方案。
类似于电子元件，光子电路也可以微型化到芯片上，形成所谓的光子集成电路（PIC）。光子集成电路领域虽然起步比电子技术晚得多，但发展迅速。这一领域的主要问题之一是将光子集成电路转化为功能设备。这就要求光学包装和耦合策略引入和引出光子集成电路。
对于光通信应用，光纤需要连接，然后长距离传输光脉冲。或者，光子集成电路也可以设计成需要外部光读取的光学传感器。
光子集成电路上的光在被称为波导的亚微米级通道中传播，因此这种光学耦合非常具有挑战性，需要准确对准光子集成电路和外部组件。此外，光学元件非常脆弱，因此适当的包装对制造可靠的光子设备至关重要。
紧凑型硅光子温度传感器的包装概念及其部件的爆炸图
据麦姆斯咨询报道，荷兰根特大学（Ghent University）和比利时微电子研究机构（imec）为了克服下一代通信系统、传感器和生物医学器件应用光子集成电路的包装和集成挑战，联合研究团队正在开发一种解决方案。
研究人员从硅波导中具有布拉格光栅传感器的光子集成电路裸芯片开始，详细介绍了完整包装的微光子温度传感器的过程。
光子集成电路开发、光学接口开发、组装和包装
研究人员使用300个传感器，以获得尽可能小的传感器 μm球透镜从背面连接光子集成电路。这保证了顶表面没有接口光纤。基于这一光学界面概念，研究人员开发了一种解决方案 mm x 1 mm传感器光子集成电路与单模光纤集成，内径为1.5 在mm金属保护管中。熔融二氧化硅支架采用激光制成，确保球透镜的准确位置。结果表明，球透镜接口造成的额外插入损失非常有限。
（a）（b）组装好的传感器照片，包括保护管和接口光纤；（c）俯视图，传感器周围的填充区。
（a）（b）组装好的传感器照片，包括保护管和接口光纤；（c）俯视图，传感器周围的填充区。
研究人员使用3000直径 μm的小球透镜在光子集成电路上的传感器与连接标准读出设备的光纤之间建立了有效的连接。
1550名研究人员通过实现工作 nm左右的封装相移硅布拉格光栅温度传感器证明了这一概念，可以通过商用探测器在反射中读取。光子学温度传感器的灵敏度为73 pm/℃显示温度传感功能，可达180℃。
论文链接：https://doi.org/10.1117/1.JOM.4.1.011005
延伸阅读：
半导体光子集成电路（PIC）技术与市场-2022版
量子传感器技术与市场-2023版
《汽车舱传感技术与市场-2023版》
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