即插即用式连接器：实现亚分贝损耗的高效光纤–光子芯片（PIC）耦合

光子集成芯片正通过提供前所未有的带宽、超低延迟和卓越的能效表现，深刻改变高速通信、量子技术及类脑计算等领域。PICs 采用与电子芯片类似的光刻技术制造，可在单一平台上集成诸如波导、调制器与探测器等关键光学元件，实现高精度、高稳定性的光信号传输与处理。 

然而，光学接口仍是光子芯片发展的主要瓶颈之一。在芯片内外传输光信号通常需要光纤以微米级精度对准窄带光栅耦合器。 即便是目前最先进的光纤阵列耦合方案，仍主要依赖于主动对准——这一过程耗时、成本高，且在量产环境中难以扩展。 

海德堡大学的研究团队利用高精度对准式3D微打印技术，成功开发出一种可扩展的光纤–芯片即插即用连接器。这种全新方案实现了自对准、宽带、低损耗的光学耦合，通过简单的插入锁定（insertion-lock）结构取代了传统复杂的光学对准装置。 

集成光学与机械接口

研究人员提出了一种融合光学耦合与机械对准的创新封装概念。他们采用具有标准化对准孔的多芯光纤推入式阵列（MTP），并通过双光子聚合（2PP）工艺，直接在光子芯片表面3D打印相匹配的互锁结构。光耦合通过全反射（TIR）微光学结构实现，这些结构将来自芯片波导的光精准聚焦并重定向至光纤，从而实现宽带、低损耗的光学连接。 

这一概念已在16输入端神经形态计算光子张量核心上成功验证，实现了自对准光纤耦合，插入损耗低于 1 dB，且几乎不受波长变化影响。通过将机械互锁机制与光学耦合设计相结合，团队实现了一种可扩展、可制造的连接器原型，这是迈向免对准大规模光子芯片封装的重要一步。

面向光子集成的可扩展封装方案

这一新型连接器设计直接应对了光子芯片封装中的核心挑战——实现宽带、低损耗、可扩展的光学互连。通过消除主动对准环节，该方案可实现自动化、可重复且成本高效的制造流程，为先进光子芯片系统的批量化生产铺平道路。 

该方法完全兼容光电混合集成，支持模块化、可重构架构，适用于量子计算平台、神经形态处理器及光学传感系统。作为一种可量产的被动封装方案，它标志着光通信与光计算等下一代光子技术走向大规模应用的关键进展。

高精度对准式3D打印：驱动成果落地

要实现这种低损耗、宽带、即插即用式连接器，需同时满足两个关键条件：具备机械稳定性的对准结构,以及具备外透明特性的光学材料。这些挑战通过 Nanoscribe Quantum X align 系统得以解决。其高精度直接激光写入（DLW）工艺可在不同尺度特征下实现纳米级对准精度的高分辨率3D打印。 

在首个 DLW 步骤中，研究团队在光子芯片上直接打印出约 30 µm 高的全反射（TIR）耦合器。通过 Small Feature Print Set 工艺模块，可使用透明且红外兼容的树脂 IP-Dip2 制造亚微米级光学结构。利用基于标记点的自动对准系统，耦合器被精确定位至芯片波导之上。而双光子灰度光刻（2GL®）技术则确保每个耦合器表面光滑且形状精确，在不到一分钟内即可完成打印并获得出色的光学性能。

在同一芯片上进行的第二步直接激光写入（DLW）打印中，研究人员使用了 大尺寸打印套件来制造形成即插即用接口的机械结构。这些高度可达2毫米 结构能够自动与光子元件精确对准。

整个封装过程中，每个光学端口的制造时间不足三分钟，充分展示了该连接器概念的可扩展性，以及 Quantum X align 多尺度3D打印技术所实现的高重复性与精度。
 

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