用于高效和稳定模场转换的三维打印光纤光锥

光子集成电路（PIC）是集成多种光子功能的小型光学平台，在光学计算、数据传输和通信、医疗领域的传感器技术以及激光雷达系统支持的自主驾驶等领域具有巨大的应用潜力。

光子集成电路领域的其中一个挑战是将具有不同模场几何形状的两个元件之间的光束进行高效和稳健耦合。通常情况下是由标准单模光纤 (SMF)来引导光束，而这些 SMF 的核心比光子芯片上的波导大一个数量级。这相当于要将水从一大桶装到一个小玻璃瓶中，而如果没有漏斗的帮助，就无法高效地完成这个任务。

布鲁塞尔自由大学的光子学研究小组（B-PHOT）的科学家们正在通过使用双光子聚合技术（2PP）将光波导漏斗3D打印到光纤末端上来攻克这个难题。这些锥形光束漏斗可调整SMF的模式场，以匹配光子芯片上光波导模式场。此外，研究人员反转这些漏斗并打印向上锥形光束，这些光束扩展了模场并有助于疏散光纤间连接的紧密的对准公差。

用于精准模场调整的高纵横比锥形光纤端

在前期研究中，科学家们运用Nanoscribe的2PP技术将可调整模场的锥形体作为阶跃折射率光波导光束。这些向上和向下锥形光束打印在SMF末端面上，作为光纤纤芯的延伸。这些长达240 µm的高纵横比结构可根据所需应用调整模场。对于光纤到芯片的链接，向下锥形体与光子芯片通过物理接触传输超过90%的基模光强。

向上锥形结构是为了增强模场以放宽光纤间连接的紧密对准公差。为了达到这个效果，向上锥形结构在末端增加了直径，从而将模场分布增加了3倍。

光纤光锥微纳结构

为了达到更优异的效果，布鲁塞尔的科学家们设计了这些可调节模场的光纤锥体微纳结构(MOFs)。这些波导结构是由带气孔晶格单一材料沿光纤长度延伸而制成的。通过改变这些气孔设计的几何形状，可以将 MOF 的光传播特性调整为偏振、模态色散、双折射和非线性等参数。模场的大小和形状也可以通过这些元素进行调整，这也正是研究人员在他们的工作中所研究的。他们直接在光纤末端打印 MOF 结构以减少模场（向下锥体）和 MOF 以增加模场（向上锥体）。由于基于 2PP 的 3D 微纳加工高精度的特点，科学家们优化了打印锥体上的气孔分布，并实现了对调整后光学模式的高效引导。

新的 MOF 锥体可以进一步提高模场调节锥体的性能，使光子封装更接近实际应用。

光子封装引领未来创新科技

 为了解决光子学领域的迫切需求，比利时科学家们使用Nanoscribe打印系统制作通过可调节模场的光纤锥体，成功为不同光学系统寻找到了低损耗光耦合和模场调整的解决方案。与此同时，Nanoscribe 作为多个创新项目的项目合作伙伴，正在开发基于集成光子学和光子封装解决方案的新技术。其中包括旨在为工业应用生产无需校准和免维护的辐射源的MiLiQuant 项目。此外，Nanoscribe参加的由欧盟资助的光子  计算项目 PHOENICS 中，为了实现具有超高带宽的节能千万亿次处理能力，德国明斯特大学携手神经形态光子计算领域的世界领军者，为人工智能 (AI) 应用程序实施下一代计算平台研发颠覆性方法。

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