德国海德堡大学的研究团队近日发布了一种创新的连接概念，旨在解决光子微芯片与玻璃光纤之间的耦合难题。该方案摒弃了传统需要大量实验努力来主动对齐光纤的方式，转而采用直接在芯片上打印3D耦合器的方法。这一发展的核心目标是简化光子集成系统的设计，并推动其生产流程的自动化。此类电路被视为光数据传输、神经形态计算以及量子通信等前沿应用的重要基石。
光子集成电路（PIC）利用光信号而非电信号传输信息，具备带宽大、延迟低及能耗相对较少的显著优势。光波导及其他光学功能直接集成在芯片上，从而取代了复杂的镜面和透镜组装系统。然而，光纤与芯片之间的耦合仍是关键障碍，即便是小于5微米的微小位置偏差，也会导致严重的光信号损耗。
以往，这种对准通常依赖主动对齐技术，即在运行过程中持续追踪光纤直至耦合度达到最大。虽然该方法精度高，但耗时费力、成本高昂，且难以完全适应自动化生产。尽管微透镜被视为一种替代方案，但它们往往仅覆盖狭窄的波长范围，且增加了生产成本。
为此，海德堡团队将标准化的玻璃光纤矩阵与调整孔相结合，并在芯片上直接打印全反射耦合器。这些结构通过高精度的3D微打印技术制造，能够以低损耗将光波引导至光子结构中。该系统在典型的电信波段（1500至1600纳米）内工作，实现了近乎恒定的传输性能。
研究团队博士生Erik Jung表示：“这种创新的即插即用解决方案确保了耦合过程中数据零丢失。”该过程已在拥有17个端口的神经形态光子处理器上得到验证。项目首席教授Wolfram Pernice指出：“我们的方法证明了实现低损耗、宽带宽且可扩展的光控微芯片连接是可行的，这一‘连接器’为光子集成系统的自动化、可重复及高效量产铺平了道路。”
研究人员认为，该概念同样适用于电子与光子混合架构。相关成果在“按需定制3D物质”卓越集群支持下完成，并发表于国际权威期刊《Science Advances》。值得注意的是，德国在精密光学与微纳制造领域拥有深厚积累，其高校与产业界紧密合作的模式为技术快速落地提供了良好土壤，这对中国光电子产业在高端制造环节的突破具有重要参考价值。
对于中国光通信与量子计算领域的从业者而言，这一技术路径表明，通过增材制造实现高精度光学组件的集成化，可能是未来降低系统成本、提升良率的关键方向，值得在产业链上游布局中重点关注。