新型聚合物材料使制造光学互连更容易

由 光学

研究人员使用他们所谓的 SmartPrint 工艺来开发新的聚合物材料。图片来源：亚利桑那大学罗伯特·诺伍德

研究人员已经开发出新的聚合物材料，这些材料非常适合制作将基于芯片的光子组件与板级电路或光纤连接起来所需的光链路。这些聚合物可用于在光子芯片和光学印刷电路板之间轻松创建互连，光学印刷电路板是电子印刷电路板的基于光的等效物。

来自亚利桑那大学的研究小组负责人罗伯特·诺伍德说：“这些新材料和它们启用的工艺可能会产生基于硅光子学的强大的新光子模块。” “它们还可以用于光学传感或为增强和虚拟现实应用制作全息显示器。

硅光子技术允许将基于光的组件集成到一个微型芯片上。尽管已经证明了硅光子器件的许多基本构建模块，但仍需要更好的方法来制造将这些组件连接在一起的光学连接，以构建更复杂的系统。

在《光学材料快报》杂志上，研究人员报告了新的聚合物材料，这些材料的折射率可以通过紫外 (UV) 光进行调节，并且光学损耗低。这些材料允许使用与用于制造基于芯片的光子元件的 CMOS 制造技术兼容的低成本、高吞吐量光刻系统将单模光学互连直接印刷到干膜材料中。

“这项技术使制造光学互连变得更加实用，可用于使互联网——尤其是使其运行的数据中心——更加高效，”诺伍德说。“与电子产品相比，光互连可以提高数据吞吐量，同时产生更少的热量。这降低了功耗和冷却要求。”

用灯代替电线

该研究扩展了研究人员先前开发的称为 S-BOC 的乙烯基苯硫酚聚合物材料系统。这种材料的折射率可以使用紫外线照射进行修改。在这项新工作中，研究人员对 S-BOC 进行了部分氟化以提高其光效率。这种名为 FS-BOC 的新材料系统表现出比许多其他光互连材料更低的光传播损耗。

“使用这种材料，我们可以使用我们称之为 SmartPrint 的工艺直接在不同的光学印刷电路板元件之间写入光学互连，例如我们的合作者康宁公司的 Lars Brusberg 提供的离子交换 (IOX) 玻璃波导，”诺伍德说。

为了执行 SmartPrint 工艺，将 FS-BOC 薄膜直接应用于光子组件。不需要机械对准，因为光学互连是使用无掩模光刻系统制造的，该系统通过查看组件来计算需要互连的位置，然后使用曝光将光学互连写入聚合物中。除了将聚合物薄膜短暂加热至 90 °C 外，无需其他处理。因为制造方法是无掩模的，所以无需制作新的光掩模就可以改变写入图案。

创建连接

为了演示新材料，研究人员将它们直接沉积在离子交换玻璃波导阵列上，这些阵列通常用于集成光子器件。然后，他们打印了允许光从一个 IOX 波导中传播所需的耦合特征，传播到新制造的聚合物互连中，然后进入与初始 IOX 波导相邻的第二个 IOX 波导。

据研究人员称，聚合物光学互连工作良好，传播和耦合损耗低，这意味着光在互连内部或与其他组件之间传播时损失很少。

研究人员现在正在努力提高材料在高温下的折射率对比度和性能。“更高的折射率对比度将使材料更能容忍制造变化，而互连可能需要高温性能来承受在 200 °C 以上发生的回流焊工艺，”Norwood 说。