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精密光子元件，制造時微小的差距和材料的缺陷都會導致產(chǎn)出性能不達標的殘次品，此時就需要有針對性的對有缺陷的芯片進行修復。激光修復的技術(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，它是一種將多個光子學組件和功能集成在單個芯片上的緊湊型集成器件。光子集成電路中的光學或光電子器件包括：激光器、電光調(diào)制器、光電探測器、光衰減器、光復用器/解復用器、光放大器。

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

（注：圖片來源于網(wǎng)絡）

2.光子集成電路的應用

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

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

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3.光子集成電路面臨的問題

在光芯片的設計與制造中，波導作為光信號傳輸?shù)暮诵穆窂?，其材料的選擇與具體應用場景及芯片功能需求密切相關(guān)。不同場景下的光芯片，對波導材料的光學性能、物理特性要求差異顯著，因此會選用各具優(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族半導體、氮化硅以及各類聚合物等，都是常見的波導材料。

（注：圖片來源于網(wǎng)絡）

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

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這種高度敏感性直接帶來了生產(chǎn)上的挑戰(zhàn)：一方面，會導致大量性能未達設計標準的殘次品出現(xiàn)；另一方面，同一晶圓上不同位置的芯片性能也會呈現(xiàn)明顯差異——有的信號傳輸損耗低、響應速度快，有的卻損耗過高、反應遲緩，一致性大打折扣。最終，這會造成光芯片的性能波動范圍擴大、生產(chǎn)良率偏低，而良率不足又會進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谩?/p>

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二、光子集成電路激光修復

在光芯片制造完成后，通常需要對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的誤差進行校正，其核心思路是通過改變波導或包層材料的折射率來實現(xiàn)。目前最常用的修復手段中，利用熱光效應調(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，它會使得修復系統(tǒng)的復雜程度大幅提升，同時增加光芯片的修復功耗；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)的特定光波導位置。這不僅直接影響光芯片系統(tǒng)的成本效益，導致設備投入和運行成本攀升，還會制約芯片修復的精度，難以滿足高精度光芯片的修復需求。因此，探索一種更為高效的芯片修復技術(shù)便成為行業(yè)的迫切需求。

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激光修復技術(shù)具有獨特的性能優(yōu)勢，其超短的脈沖持續(xù)時間、超高的峰值功率以及亞微米量級的加工精度，讓它能夠在金屬、半導體、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。

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三、芯明天壓電納米技術(shù)：激光修復的“黃金搭檔”

光芯片激光修復配置包括測試光源、放置光芯片的納米級多軸聯(lián)動位移臺以及接收設備，多軸聯(lián)動位移臺進行微調(diào)來確定光芯片中需要修正的結(jié)構(gòu)位置，可上下移動的物鏡來確保聚焦點的位置及大小。

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芯明天壓電納米技術(shù)核心優(yōu)勢：

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

毫秒級響應：激光修復需根據(jù)實時光學反饋動態(tài)修正路徑，要求定位系統(tǒng)響應速度非常快。

超高穩(wěn)定性：一體化的結(jié)構(gòu)設計提供高剛性、高負載能力，確保修復過程中的穩(wěn)定性和可靠性。

多軸協(xié)同控制：可同時進行多個軸向的運動，實現(xiàn)復雜修復路徑的精確執(zhí)行。

芯明天壓電納米定位臺

P65系列高分辨率壓電納米定位臺是以壓電陶瓷作為驅(qū)動源，結(jié)合柔性鉸鏈機構(gòu)可實現(xiàn)X軸、Y軸和Z軸三維精密運動的壓電平臺，驅(qū)動形式為放大機構(gòu)式驅(qū)動。內(nèi)置高性能壓電陶瓷，可實現(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XY0.017%F.S.、Z0.006%F.S.，非常適合高精度定位應用。

特點

▲X、Y、Z三維運動

▲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

型號舉例

芯明天六軸壓電納米定位臺

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

特點

▲X、Y、Z、θx、θy、θz六軸運動

▲可選配閉環(huán)反饋傳感器

▲承載能力達10kg

▲超高分辨率

型號舉例

芯明天壓電物鏡定位器

芯明天P76系列為大負載Z軸運動壓電物鏡定位器，專門為物鏡聚焦顯微而設計，具有超高聚焦穩(wěn)定性，負載能力可達900g，Z軸直線運動范圍可達200μm，采用柔性鉸鏈設計機構(gòu)，無摩擦，直線性好，閉環(huán)型號定位精度高。分離式螺紋適配器設計，可適配多種型號的顯微鏡。

特點

▲行程可達200μm

▲承載能力900g

▲毫秒級響應時間

▲閉環(huán)重復定位精度高

▲聚焦穩(wěn)定性好

型號舉例

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

芯明天壓電馬達位移臺

N31系列直線壓電馬達位移臺，內(nèi)部采用PZT壓電式驅(qū)動，直線運動行程可選，最大可達100mm，并且可達納米級分辨率?？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

▲大出力

▲閉環(huán)誤碰后自動歸位

▲可軟件操作自動找零位

▲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

型號舉例

審核編輯 黃宇