En la era post - Moore del crecimiento explosivo de la demanda de Potencia computacional, la transmisión de alta velocidad de datos se ha convertido en un cuello de botella clave que restringe el rendimiento del sistema. La tecnología tradicional de interconexión eléctrica de interconexión de cobre se enfrenta a límites físicos, y la tecnología de integración fotónica se ha convertido en el camino central para resolver este problema con sus ventajas absolutas de alto ancho de banda, baja latencia y anti - interferencia. Sin embargo, cómo conectar eficientemente y confiablemente los chips fotónicos a nivel de micrones con el mundo exterior siempre ha sido un gran desafío para la industria. Como tecnología de encapsulamiento de interconexión óptica, el sistema de impresión de Unión de cables fotónicos está abriendo nuevas posibilidades para las comunicaciones ópticas de alta velocidad, la computación de inteligencia artificial, la detección y otros campos con su flexibilidad, alta precisión y potencial de automatización.

I. cuello de botella tecnológico: el problema de la "última milla" de la interconexión óptica tradicional

En el embalaje de chips integrados fotónicos (pics), el mayor costo y desafío técnico proviene del acoplamiento de fibra óptica con guías de onda nanoópticas en el chip. Los métodos tradicionales se enfrentan a enormes dificultades:

1. requisitos de precisión de alineación: el diámetro del campo del modo de la fibra óptica monomodo es de solo unos 10 micras, y la tolerancia de alineación con la Guía de onda del chip requiere una magnitud submicron, lo que dificulta el montaje.

2. el proceso es complejo y costoso: depende del ajuste mecánico de precisión, la alineación activa y la adhesión, consume mucho tiempo y esfuerzo, es difícil de escalar, y el costo de encapsulamiento puede representar más del 80% del costo total del dispositivo.

3. poca flexibilidad: una vez solidificada, la ruta de conexión es fija, no se puede adaptar a diferentes posiciones y alturas de interconexión de puertos en el chip, y la libertad de diseño es baja.

2. principio central: "imprimir" una guía de onda óptica en forma libre con luz

La idea central del sistema de impresión de Unión de cables fotónicos es asombrosa: como una impresora 3d, "imprime" directamente en el espacio tridimensional con "tinta" guías de onda ópticas de cualquier forma conectadas a dos puertos ópticos.

Su flujo de trabajo es un baile de precisión que integra múltiples tecnologías:

1. posicionamiento preciso: el sistema de visión de alta resolución primero toma imágenes y localiza con precisión la cara final de la Guía de onda óptica y la cara final de la fibra óptica objetivo en el chip, y establece un modelo de coordenadas tridimensionales.

2. escritura directa láser femtosegundo: el sistema controla el foco láser Femtosegundo ultrarápido, centrándose con precisión en el interior de un polímero fotosensible especial ("tinta"). El material produce un efecto de absorción de dos fotones en el foco láser, lo que conduce a la polimerización local y la solidificación, mientras que las áreas fuera del foco permanecen en estado líquido.

3. "pintura" tridimensional: de acuerdo con la ruta del programa preestablecida, el foco láser se mueve en el espacio tridimensional, escaneando cualquier trayectoria curva que conecte ambos extremos. El material por el que pasa se solidifica para formar una guía de onda óptica sólida y de baja pérdida enterrada en un polímero líquido.

4. reprocesamiento y protección: después de la impresión, se elimina la resina líquida no curada y se deja un cable fotónico con estructura completa. Por lo general, también se cubre con una capa protectora para formar una estructura estable de interconexión óptica integrada.

3. composición del sistema y ventajas técnicas del sistema de impresión de Unión de cables fotónicos

Un sistema completo de pwb es un integrador de muchas tecnologías de vanguardia:

- sistema láser ultrarápido: proporciona el láser Femtosegundo de potencia máxima necesario para iniciar la polimerización de dos fotones.

- Plataforma de movimiento tridimensional de alta precisión: posicionamiento y escaneo del foco láser con resolución nanométrica.

- sistema de posicionamiento visual multiángulo: para alineación inicial de alta precisión y monitoreo de procesos.

- sistema de materiales: fotorresistente de baja pérdida y alta transparencia desarrollado especialmente para la interconexión óptica.

Software de control inteligente: el cerebro central que integra reconocimiento visual, planificación de rutas y control de procesos.

Entre las ventajas revolucionarias que brinda se encuentran:

1. diseño libre: puede imprimir cualquier curva tridimensional, realizar fácilmente la interconexión de baja pérdida entre puertos de diferentes planos y ángulos, superando las limitaciones del diseño tradicional de rutas ópticas planas.

2. tolerancia de alineación: los dos extremos de la Guía de onda impresa se pueden hacer más anchos que la Guía de onda del chip, como un "embudo óptico", lo que reduce efectivamente los requisitos de precisión de acoplamiento, relajando de submicron a varias micras.

3. automatización y escalabilidad: todo el proceso está controlado por programas informáticos y es muy probable que se convierta en una solución de encapsulamiento de alta velocidad y totalmente automática, reduciendo drásticamente los costos y ciclos de encapsulamiento.

4. excelente rendimiento: la pérdida de guía de onda impresa puede ser tan baja como menos de 0,05 DB / mm, y el rendimiento es cercano a la Guía de onda óptica preparada tradicionalmente.

IV. perspectivas de aplicación: abrir una nueva era de integración Fotónica

1. comunicación óptica de alta velocidad: proporcionar soluciones de interconexión óptica a nivel de chip eficientes y de bajo costo para formas avanzadas de encapsulamiento, como CPO / Obo (encapsulamiento común / óptica a bordo) dentro del Centro de datos.

2. inteligencia artificial y computación de alto rendimiento: en sistemas multichip complejos como aceleradores de Ia y chips de computación óptica, se logra una interconexión óptica entre chips de alta densidad y baja latencia.

3. procesamiento de información cuántica: utilizado para conectar diferentes unidades funcionales en chips cuánticos, sus requisitos para cableado de baja pérdida y flexible están muy en línea con la tecnología pwb.

4. sensores avanzados y equipos médicos: en los sensores fotónicos integrados, se conectan con flexibilidad fuentes de luz, detectores y unidades de sensores para crear módulos de sensores más compactos y de mejor rendimiento.

El sistema de impresión de Unión de cables fotónicos es más como un "escultor microscópico" que crea a escala de micras. Utiliza un rayo de luz como cuchillo de grabado y la inteligencia como plan para tejer libremente el camino de la luz en el espacio tridimensional. Esta tecnología no solo resuelve los puntos dolorosos centrales de la encapsulación integrada fotónica, sino que también abre un espacio de imaginación ilimitado para el diseño e innovación de dispositivos fotónicos. Está impulsando silenciosamente una revolución de encapsulamiento de la "interconexión eléctrica" a la "interconexión óptica", colocando una "autopista de la luz" hacia el futuro para la construcción de la próxima generación de infraestructura informática.