Mikrofabrikation 3D-Drucker für photonische Chips

Der neue 3D-Drucker von Nanoscribe soll neue Maßstäbe für das Design und die Herstellung mikrooptischer Elemente setzen. Seine Besonderheit: Ein automatisch ausgerichteter Druck auf optische Fasern und photonische Chips.

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Mit dem neuen Mikro-3D-Drucker von Nanoscribe wurden diese Freiform-Mikrooptiken auf einzelne Fasern in einem V-Groove-Faserarray ausgerichtet und gedruckt.
Mit dem neuen Mikro-3D-Drucker von Nanoscribe wurden diese Freiform-Mikrooptiken auf einzelne Fasern in einem V-Groove-Faserarray ausgerichtet und gedruckt.
(Bild: Nanoscribe)

Der 3D-Drucker Quantum X align von Nanoscribe druckt mikrooptische Freiform-Elemente direkt auf optische Fasern und photonische Chips. Er bietet robuste und zuverlässige Alignment-Werkzeuge, für eine effiziente Lichtkopplung über das Free Space Microoptical Coupling (FSMOC) zwischen Chips und optischen Fasern. Zu seinen Anwendungsgebieten gehören bildgebende Technologien mit Fasern und Strahlformungsanwendungen sowie das hybride Packaging für photonische Chips.

Der Mikro-3D-Drucker arbeitet mit dem 2PP-Verfahren (Zwei-Photonen-Polymerisation), bei dem mit Femtosekunden-Laserpulsen im sichtbaren bis nahinfraroten Spektralbereich belichtet wird. Durch die gepulste Bestrahlung und die starke Fokussierung kommt es zu einer Zwei-Photonen-Absorption, die das Polymer aushärtet.

Lösungen für das Photonic Packaging

Im Photonic Packaging ermöglicht der Quantum X align laut Nanoscribe deutlich höhere Datenverarbeitungskapazitäten. Photonisch integrierte Schaltkreise (PIC) sind wichtig, um die heute noch vorherrschenden Mikroelektronik-Ansätze abzulösen, deren Miniaturisierung und damit auch Rechenleistungen an Grenzen stoßen.

Photonisch-integrierte Ansätze sind entscheidend für moderne Anwendungen wie künstliche Intelligenz (KI) und Quantencomputing. Zentral für deren Umsetzung ist die mikrooptische Verbindungtechnik, für die der Quantum X align Hardware- und Softwarelösungen bereithält. Der 3D-Drucker erzielt eine Ausrichtungsgenauigkeit in allen räumlichen Dimensionen bis 100 nm.

Mikrooptische Elemente automatisch Ausrichten

Der Quantum X align hat eine automatische 3D-Ausrichtungsfunktion und hochpräzise Bildgebungsmodule. Mit diesen werden die Topografie unterschiedlicher Substrate abgebildet und die zu druckenden Strukturen automatisch in alle drei Raumrichtungen ausgerichtet. Auf diese Weise können mikrooptische Elemente während des Druckprozesses automatisch an Faserspitzen, photonischen Chip-Kantenkopplern (EC), Gitterkopplern (GC) und Laserdiodenfacetten ausgerichtet werden.

Die zentralen Vorzüge für das Photonic Packaging sind:

  • Eine Modenfeldanpassung bereits auf der Komponentenebene statt auf der Chipebene.
  • Eine einfache Fertigung von Lensed Fiber Arrays (LFA) durch Drucken der Kollimations- oder Fokussierungsoptiken direkt auf die Faserenden.

Präzise auf Fasern und Faserarrays

Quantum X align ermöglicht eine automatische 3D-Faserkernerfassung und einen automatischen Neigungsausgleich, um präzise auf Fasern oder Faserarrays zu drucken. Wichtig für den Druck auf photonische Chips ist ein konfokales Bildgebungsmodul, das die 3D-Kartierung der Substrat-Topografie in Kombination mit einer vollautomatischen Ausrichtung auf vordefinierte Marker oder Wellenleiter ermöglicht.

Auf diese Weise können mit dem 3D-Drucker Freiform-Mikrooptiken gedruckt werden, die optimal auf den Faserkern ausgerichtet oder an Facetten und Wellenleitern auf Standard- sowie individuellen Chips angebracht sind.

Durch den 3D-Druck mit automatischem Alignment wird die komplexe Anpassung des Modenfeldes auf Ebene der Chips erheblich verkürzt und es kann auf ein aktives Alignment verzichtet werden, während zugleich neuartige Freiform-Mikrooptiken an optischen Schnittstellen entwickelt und hergestellt werden können.

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