光子集成電路（PIC）正在逐漸成為5G基站、數(shù)據(jù)中心光模塊的核心組件。然而一片厘米見方大小的芯片上就集成著上千個(gè)精密光子元件，制造時(shí)微小的差距和材料的缺陷都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)出性能不達(dá)標(biāo)的殘次品，此時(shí)就需要有針對(duì)性的對(duì)有缺陷的芯片進(jìn)行修復(fù)。激光修復(fù)的技術(shù)更迭，給光芯片生產(chǎn)、制造和后續(xù)改良提供了極大的支撐。

一、光子集成電路的“芯”機(jī)遇與挑戰(zhàn)

1.光子集成電路的定義與組成

光子集成電路（Photonic Integrated Circuit,PIC），區(qū)別于傳統(tǒng)的電子集成電路（IC）由晶體管、電容器和電阻器等各種電子元件集成，它是一種將多個(gè)光子學(xué)組件和功能集成在單個(gè)芯片上的緊湊型集成器件。光子集成電路中的光學(xué)或光電子器件包括：激光器、電光調(diào)制器、光電探測器、光衰減器、光復(fù)用器/解復(fù)用器、光放大器。

這些器件通過光波導(dǎo)連接，形成光子電路，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的產(chǎn)生、傳輸、探測和處理。光子集成電路中的信息，是以光信號(hào)的形式進(jìn)行創(chuàng)建、調(diào)制和測量的。

（注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

2.光子集成電路的應(yīng)用

光子集成電路（PIC）在近年來已經(jīng)逐漸發(fā)展為一項(xiàng)成熟且強(qiáng)大的技術(shù)，作為下一代信息技術(shù)的核心，正以光信號(hào)替代傳統(tǒng)電子模式，實(shí)現(xiàn)更高速度、更低功耗的數(shù)據(jù)傳輸與處理，廣泛應(yīng)用于計(jì)算、通信、醫(yī)療、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域。

光芯片的應(yīng)用場景包括但不限于以下幾個(gè)方面：數(shù)據(jù)中心、AI算力、5G/6G通信、自動(dòng)駕駛、生物醫(yī)療和量子計(jì)算等等。

（注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

3.光子集成電路面臨的問題

在光芯片的設(shè)計(jì)與制造中，波導(dǎo)作為光信號(hào)傳輸?shù)暮诵穆窂剑洳牧系倪x擇與具體應(yīng)用場景及芯片功能需求密切相關(guān)。不同場景下的光芯片，對(duì)波導(dǎo)材料的光學(xué)性能、物理特性要求差異顯著，因此會(huì)選用各具優(yōu)勢的材料：硅、鈮酸鋰、二氧化硅、以磷化銦和砷化鎵為代表的III-V族半導(dǎo)體、氮化硅以及各類聚合物等，都是常見的波導(dǎo)材料。

（注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

然而，隨著光芯片的波導(dǎo)尺寸進(jìn)入亞微米級(jí)別——相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的千分之一甚至更小，這種極小的尺度使其對(duì)制造過程中的細(xì)微偏差異常敏感。具體來說，無論是制造環(huán)節(jié)中的公差波動(dòng)（比如刻蝕精度的微小偏離）、不同材料膜層間的應(yīng)力積累，還是材料本身存在的微觀缺陷（如晶格錯(cuò)位、雜質(zhì)顆粒），哪怕是微米級(jí)甚至納米級(jí)的偏差，都可能對(duì)波導(dǎo)的導(dǎo)光性能產(chǎn)生顯著影響。

（注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

這種高度敏感性直接帶來了生產(chǎn)上的挑戰(zhàn)：一方面，會(huì)導(dǎo)致大量性能未達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的殘次品出現(xiàn)；另一方面，同一晶圓上不同位置的芯片性能也會(huì)呈現(xiàn)明顯差異——有的信號(hào)傳輸損耗低、響應(yīng)速度快，有的卻損耗過高、反應(yīng)遲緩，一致性大打折扣。最終，這會(huì)造成光芯片的性能波動(dòng)范圍擴(kuò)大、生產(chǎn)良率偏低，而良率不足又會(huì)進(jìn)一步推高單位芯片的制造成本，在一定程度上制約了光芯片的規(guī)?；瘧?yīng)用。

（注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

二、光子集成電路激光修復(fù)

在光芯片制造完成后，通常需要對(duì)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的誤差進(jìn)行校正，其核心思路是通過改變波導(dǎo)或包層材料的折射率來實(shí)現(xiàn)。目前最常用的修復(fù)手段中，利用熱光效應(yīng)調(diào)節(jié)的方法較為普遍。然而，這種方法存在明顯短板：一方面，它會(huì)使得修復(fù)系統(tǒng)的復(fù)雜程度大幅提升，同時(shí)增加光芯片的修復(fù)功耗；另一方面，其調(diào)控范圍極為有限，僅能作用于那些帶有加熱結(jié)構(gòu)的特定光波導(dǎo)位置。這不僅直接影響光芯片系統(tǒng)的成本效益，導(dǎo)致設(shè)備投入和運(yùn)行成本攀升，還會(huì)制約芯片修復(fù)的精度，難以滿足高精度光芯片的修復(fù)需求。因此，探索一種更為高效的芯片修復(fù)技術(shù)便成為行業(yè)的迫切需求。

（注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

激光修復(fù)技術(shù)具有獨(dú)特的性能優(yōu)勢，其超短的脈沖持續(xù)時(shí)間、超高的峰值功率以及亞微米量級(jí)的加工精度，讓它能夠在金屬、半導(dǎo)體、透明介質(zhì)等多種材料的表面或內(nèi)部完成非接觸式的加工、改性及后加工等操作。

（注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

三、芯明天壓電納米技術(shù)：激光修復(fù)的“黃金搭檔”

光芯片激光修復(fù)配置包括測試光源、放置光芯片的納米級(jí)多軸聯(lián)動(dòng)位移臺(tái)以及接收設(shè)備，多軸聯(lián)動(dòng)位移臺(tái)進(jìn)行微調(diào)來確定光芯片中需要修正的結(jié)構(gòu)位置，可上下移動(dòng)的物鏡來確保聚焦點(diǎn)的位置及大小。

（注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

芯明天壓電納米技術(shù)核心優(yōu)勢：

納米級(jí)定位精度：光子波導(dǎo)寬度通常為亞微米級(jí)，修復(fù)光斑需精確聚焦至微米甚至納米級(jí)別，傳統(tǒng)定位系統(tǒng)難以勝任。

毫秒級(jí)響應(yīng)：激光修復(fù)需根據(jù)實(shí)時(shí)光學(xué)反饋動(dòng)態(tài)修正路徑，要求定位系統(tǒng)響應(yīng)速度非?？臁?/p>

超高穩(wěn)定性：一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供高剛性、高負(fù)載能力，確保修復(fù)過程中的穩(wěn)定性和可靠性。

多軸協(xié)同控制：可同時(shí)進(jìn)行多個(gè)軸向的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜修復(fù)路徑的精確執(zhí)行。

芯明天壓電納米定位臺(tái)

P65系列高分辨率壓電納米定位臺(tái)是以壓電陶瓷作為驅(qū)動(dòng)源，結(jié)合柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)X軸、Y軸和Z軸三維精密運(yùn)動(dòng)的壓電平臺(tái)，驅(qū)動(dòng)形式為放大機(jī)構(gòu)式驅(qū)動(dòng)。內(nèi)置高性能壓電陶瓷，可實(shí)現(xiàn)XY200μm、Z50μm的位移。開/閉環(huán)版本可供選擇，真空版本可定制，更大行程版本可定制。閉環(huán)定位精度可達(dá)XY0.017%F.S.、Z0.006%F.S.，非常適合高精度定位應(yīng)用。

特點(diǎn)

▲X、Y、Z三維運(yùn)動(dòng)

▲行程：XY200μm/Z50μm

▲承載能力：1kg

▲開/閉環(huán)版本可選

▲真空版本可選，參數(shù)可定制

型號(hào)舉例

芯明天六軸壓電納米定位臺(tái)

H64系列超高分辨率壓電納米定位臺(tái)是以壓電陶瓷作為驅(qū)動(dòng)源，結(jié)合柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)X軸、Y軸、Z軸、θx、θy和θz六維精密運(yùn)動(dòng)的壓電平臺(tái)，驅(qū)動(dòng)形式為放大機(jī)構(gòu)式驅(qū)動(dòng)。開/閉環(huán)版本可供選擇，閉環(huán)定位精度可達(dá)0.1%F.S.，非常適合高精度定位應(yīng)用。

特點(diǎn)

▲X、Y、Z、θx、θy、θz六軸運(yùn)動(dòng)

▲可選配閉環(huán)反饋傳感器

▲承載能力達(dá)10kg

▲超高分辨率

型號(hào)舉例

芯明天壓電物鏡定位器

芯明天P76系列為大負(fù)載Z軸運(yùn)動(dòng)壓電物鏡定位器，專門為物鏡聚焦顯微而設(shè)計(jì)，具有超高聚焦穩(wěn)定性，負(fù)載能力可達(dá)900g，Z軸直線運(yùn)動(dòng)范圍可達(dá)200μm，采用柔性鉸鏈設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，無摩擦，直線性好，閉環(huán)型號(hào)定位精度高。分離式螺紋適配器設(shè)計(jì)，可適配多種型號(hào)的顯微鏡。

特點(diǎn)

▲行程可達(dá)200μm

▲承載能力900g

▲毫秒級(jí)響應(yīng)時(shí)間

▲閉環(huán)重復(fù)定位精度高

▲聚焦穩(wěn)定性好

型號(hào)舉例

注：以上參數(shù)是采用E00/E01系列壓電控制器測得。最大驅(qū)動(dòng)電壓可在 -20V~150V；對(duì)于高可靠的長期使用，建議驅(qū)動(dòng)電壓在 0~120V。

芯明天壓電馬達(dá)位移臺(tái)

N31系列直線壓電馬達(dá)位移臺(tái)，內(nèi)部采用PZT壓電式驅(qū)動(dòng)，直線運(yùn)動(dòng)行程可選，最大可達(dá)100mm，并且可達(dá)納米級(jí)分辨率?？蛇x配閉環(huán)伺服傳感器，具有更高的定位精度?？筛鶕?jù)需求選擇維度，支持一維至三維自由組合。

特點(diǎn)

▲大出力

▲閉環(huán)誤碰后自動(dòng)歸位

▲可軟件操作自動(dòng)找零位

▲可選光柵閉環(huán)

▲耐磨材料

▲可選二/三維

▲可定制真空版本

▲斷電自鎖

型號(hào)舉例

審核編輯 黃宇