世界

NIST が高温フォトニクス パッケージングを開発

IollNIST (米国国立科学技術研究所) の科学者たちは、考えられる限り最も過酷な環境でも耐えて動作できるように、フォトニック集積回路をパッケージングするための新しいプロセスを開発しました。 現在、新しいプロセスの完了には数日を要していますが、エンジニアは時間を大幅に短縮できる可能性があり、この技術は大規模製造に適しています。 フォトニック集積回路の図。極限環境でも回路が耐えて動作できるようにする技術を使用してコンポーネントが接合されています。 クレジット: NIST このプロジェクトを主導したNISTの物理学者ニコライ・クリモフ氏は、「我々の研究は、電流で駆動される従来の半導体チップや従来の方法でパッケージ化されたフォトニクスチップが動作できなかった環境にフォトニクスの速度と効率をもたらすための大きな一歩となる」と述べた。 フォトニック統合チップは、従来のチップよりも消費電力がはるかに少なく、高速でデータを送信できるため、特別な利点があります。ただし、パッケージが繊細な光接続を完全に位置合わせできる場合に限ります。 要求の厳しい環境での使用は依然として限られています。従来のパッケージングでは、強烈な放射線、超高真空、猛烈な熱、極寒の温度などの極端な条件下で、フォトニック チップと光ファイバー間の信頼性の高い接続を維持できません。 このような極端な環境でフォトニック集積チップが動作できるようにするために、研究者らは、光ファイバーをフォトニックチップに確実に取り付けるという驚くほど頑固な課題を克服しました。 現在の標準的な接着剤である有機ポリマー接着剤は、極度の寒さ、強い放射線、真空、または熱にさらされると、亀裂が入ったり、ガスが放出されたり、劣化したりする傾向があります。この結合が失われると、チップは機能しなくなります。 この問題を解決するために、NIST の科学者たちは、もともと NASA が使用していた技術を応用して、宇宙と地上の両方の天文システム用に大型で超安定した光学システムを組み立てました。 水酸化触媒結合 (HCB) と呼ばれるこの方法は、光ファイバーとフォトニック チップの間に無機のガラスのような化学結合を作成します。 このプロセスでは、接着剤に頼るのではなく、微量の水酸化ナトリウム溶液を使用して表面を分子レベルで融合させ、強固で安定した接続を形成します。 NISTチームは、HCB技術が、過酷な環境に耐えられる堅牢なパッケージを形成しながら、フォトニック回路に必要な正確な光ファイバーの位置合わせと効率的な光結合を実現できることを初めて実証した。 その回復力をテストするために、研究者らはパッケージ化されたフォトニックチップを一連の極端な条件にさらしました。 研究チームがアセンブリを極低温まで冷却し、材料を急激な温度変化にさらし、強力な電離放射線を照射し、高真空下に置いた後でも、HCB で結合されたファイバー接続は無傷のままでした。これにより、チームはチップ自体が引き続き正常に機能することを確認できました。 入手可能な市販の光ファイバーの制限により、パッケージ化されたフォトニックチップに対して高温試験を直接実行することはできませんでしたが、チームが実施した追加の研究により、HCBベースのフォトニックパッケージングは、従来の接着剤が耐えられる温度よりもはるかに高い温度でも機械的に安定していることが示されました。 これらの結果を総合すると、非常に幅広い環境範囲にわたって優れた回復力を備えたパッケージング方法が示されています。 「このアプローチにより、光ファイバー自体と同じくらい弾力性のある結合が作成されます」とクリモフ氏は述べています。 「これにより、光集積回路はこれまで行けなかった場所に行くことができるようになります。」 現在の接合プロセスは完了するまでに数日を要しますが、研究者らは、これは根本的な障壁ではなく工学的な問題であると強調しています。集中的に開発することで、エンジニアは時間を大幅に短縮でき、この技術は大規模製造に適したものになります。 #NIST #が高温フォトニクス #パッケージングを開発