研究人员把微型光子芯片变成功能温度传感器

2023-12-28 15:26

与电子学类似，光子电路可以小型化到芯片上，从而形成光子集成电路（PIC）。虽然这些发展比电子学的发展要晚，但近年来这个领域正迎来迅速发展。

不过，如何将这样的PIC转换为功能器件，是一大挑战——这需要光学封装和耦合策略来将光带入PIC，并将光从PIC中取出。

例如，对于光通信，需要用光纤进行连接，然后将光脉冲长距离传输。或者，PIC可以容纳一个光学传感器，它需要外部光来读取。

由于PIC上的光在亚微米尺寸的非常微小的通道（称为“波导”）中传播，因此这种光学耦合非常具有挑战性，需要在PIC和外部组件之间仔细校准。光学元件也非常脆弱，因此PIC的适当包装对于产生可靠的设备至关重要。

根特大学和imec的Van Steenberge教授和Jeroen Missinne教授的研究小组正在开发解决方案，以克服与下一代电信系统、传感器和生物医学设备的PICs相关的封装和集成挑战。

他们的工作之一是使用非常小的微透镜，更轻松地将PICs上的光通道与外部光纤或其他元件连接起来。最后，他们成功展示了可以在制造过程中集成到PIC本身的微透镜或在封装过程中添加的外部微透镜。

后者是最近发表在《光学微系统杂志》（the Journal of Optical Microsystems）上的一篇论文的主题。

在研究过程中，一个直径为300微米的小球透镜，被用来在PIC上的传感器和可连接到标准读出设备的光纤之间建立有效的连接。

此外，本文还介绍了将PIC转换为功能性和完全封装的微型传感器探头（直径小于2毫米）所需的导入步骤。在本次演示中开发的光学传感器类型，是可以测量高达180°C的布拉格光栅温度传感器。

该传感器是在欧洲SEER项目框架内与Argotech（捷克）和雅典国立技术大学光子学通信研究实验室（希腊）共同实现的。

在这个项目中，几个欧洲合作伙伴专注于将光学传感器集成到制造飞机等复合材料部件的制造流程中，最终实现工艺优化、节能和成本节约。

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