美国加速激光器与光子学平台“联姻”，打造片上激光器及激光雷达
2020-12-05 16:46:50 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
最近，集成光子学的创新已使关键光学元件小型化及微型化，从而实现在单个硅芯片中集成多个元件。当集成光子学与激光器结合时，形成的光子集成电路（PIC）具备了用芯片级解决方案代替大型、昂贵光学系统的潜力。
据麦姆斯咨询报道，自从六十年前激光器首次向世人展示以来，已成为人类生活中必不可少的技术。激光器改变了通讯、传感、制造和医学等各个领域。最近，集成光子学的创新已使关键光学元件小型化/微型化，从而实现在单个硅芯片中集成多个元件。当集成光子学与激光器结合时，形成的光子集成电路（PIC）具备了用芯片级解决方案代替大型、昂贵光学系统的潜力。但是，由于材料属性差异，激光器和PIC组合到同一平台难度很大，其集成优势难以发挥，技术影响力受到限制。
PIC芯片将支持自动驾驶汽车、增强现实（AR）、3D摄像头和量子计算
为了应对这一挑战，美国国防部高级研究计划局（DARPA）启动了通用微型光学系统激光器（LUMOS）项目，旨在将高性能激光器引入先进的光子学平台。正如最近的项目启动会议所强调，LUMOS将通过三个不同技术领域解决几项商业和国防应用问题。
第一个LUMOS技术领域是将高性能激光器和光学放大器带入美国的先进光子学代工厂。选择了两支研究团队：高塔半导体（Tower Semiconductor）和纽约州立大学理工学院（SUNY Polytechnic Institute）。研究团队将努力让芯片在光学过程中展示出灵活、高效的片上光学增益，以实现用于通信、计算和传感的下一代光学微系统。LUMOS技术将通过DARPA赞助的多项目晶圆（MPW）流片为团队提供未来的可行设计。
LUMOS的第二项技术领域是在为微波应用的快速光子平台上开发高功率激光器和放大器。研究团队包括超低损耗技术（Ultra-Low Loss Technologies）、Quintessent、哈佛大学和桑迪亚国家实验室。
第三项LUMOS技术领域旨在为可见光谱应用创造高精度激光器和集成光子电路，其宏伟目标是在前所未有的光谱范围内实现“设计波长”。该团队将在整个项目中寻求开发具有许多挑战性波长的激光器，以使紧凑型原子传感器能够用于导航、精确时钟解决方案和新兴量子信息硬件。选定的研究团队包括Nexus Photonics、耶鲁大学、加利福尼亚理工学院、桑迪亚国家实验室和科罗拉多大学博尔德分校。
据悉，美国集成光子制造创新研究所（American Institute for Manufacturing Integrated Photonics，简称AIM Photonics）领导的团队入选了DARPA的LUMOS项目，并获得了LUMOS 1900万美元的研究项目奖金。
这项由DARPA签署的1900万美元合同将支持由AIM Photonics领导的一支由学术、工业和政府合作伙伴组成的团队，并将继续扩大和发展这家由国防部资助的制造机构。
AIM Photonics是一家光子集成芯片制造研究所。其生态系统为光子学产业界、学术研究界以及国防部提供了贯穿整个产品开发周期的研发设备，先进的晶圆制造、测试和封装技术。
AIM Photonics首席执行官Michael Cumbo博士评论说：“片上激光器的优势不仅将让军事微系统大大受益，还将为包括自动驾驶汽车、增强现实（AR）、大数据、生物传感和量子计算等多种商业应用带来巨大福音。”
Empire State Development代理委员、总裁兼首席执行官Eric Gertler补充说：“AIM Photonics通过吸引全球各地的行业创新者来提升纽约州在光学、光子学和成像领域的领导地位，基于州长Cuomo倡导的不断发展的战略经济眼光，五指湖地区已成为光子学和成像行业的枢纽。”
其他合作伙伴包括；加州大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）、Analog Photonics、IQE和NAsP III/V。
“加州大学圣塔芭芭拉分校在激光研究和集成光子学方面的丰富经验，以及最近与AIM Photonics、国防部专家和主要国防承包商的合作，将有助于加速激光器与硅芯片集成。”加州大学圣塔芭芭拉分校教授兼AIM Photonics代理首席执行官John Bowers博士说。
除了解决与该技术相关的设备和工艺挑战之外，LUMOS团队还将把标准的激光器设计开发到非传统的基于硅的集成电路中。AIM Photonics的Tier 1合作伙伴和主要设计合作伙伴Analog Photonics将在奥尔巴尼代工厂建立多个工艺设计套件，以帮助实现这些设计。
“八年前，来自奥尔巴尼代工厂和Analog Photonics的工程师团队开始实施我们的第一个PIC设计和第一个DARPA计划。”Analog Photonics首席执行官兼AIM Photonics首席技术官Mike Watts博士说。
“现在我们正在将该技术加速到接近CMOS产品的成熟水平，包括片上激光雷达，这最终将使自动驾驶成为主流，并成为消费电子产品中的3D摄像头技术标准。”
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