集成光子学正在快速发展，这得益于云计算、人工智能加速器、新电信技术和量子进步等日益增长的需求。随着这些设备日益复杂，行业对可靠、可扩展且能提供精确校正工具的需求日益增长。其中一项突出创新是Femtum的激光修剪平台，被认为是PIC制造领域的重大突破。在这篇文章中，我们将探讨这个修剪平台的独特之处、其运作方式，以及它对光子学进步的变革性影响。
需要一种更好的矫正方法
在使用该平台之前，了解其设计旨在解决的具体制造难题至关重要。光子集成电路（PIC）采用先进的光刻和蚀刻工艺制造，仍受到波导几何纳米级变化的影响。这些细微的差异会导致相位和频谱误差，这些误差可能在大尺度电路中累积。历史上，晶圆厂依赖热相位移器（TPS）来缓解此类问题。
虽然TPS可以有效调整相位，但它 们存在显著限制：
1.连续功耗
2.芯片面积增加和布线复杂度
3.多个TPS存在时的串扰加热
4.无法回收未通过晶圆级测试的芯片
尽管实现了TPS，但随着电路复杂度的增加，许多芯片仍无法满足规格。这表明需要更持久、可扩展的解决方案。
Femtum激光修剪的工作原理
Femtum通过间接调谐方法校正波导。Femtum 没有将超短激光脉冲直接指向硅波导，避免非晶化并导致信号丢失，而是用激光器瞄准波导周围的玻璃包覆。这会产生微小且稳定的变化，形成局部的致密。 利用弹性光学效应，这种诱导密度精确调整了相邻波导的有效折射率。
主要技术特点包括：
1. 可预测的线性相位控制
如图1所示，相位偏移对施加的激光脉冲数表现出较高的线性性。这一特性对于实现一致且可重复的修正至关重要。通过调整激光参数可以控制相位斜率。
2. 超低损耗（<0.1 dB）
通过仅修改包壳而非硅芯，Femtum避免了非晶硅通常伴随的传播损耗。大多数裁剪调整低于标准测量不确定性阈值。
3. 亚微米空间精度
修改可以在敏感结构附近实施，而不会对邻近组件产生不利影响。没有新的，波导周围会增加占地面积。
4. 永久性更正
加速老化测试证实，即使是对应于π移的修正，在125°C下900小时后仍能保持完整性，变化仍低于0.01弧度和0.02分贝。用于恢复整个晶圆的相位精度。
图1：相位校正（以弧度计）与光波导附近的激光脉冲数。该过程的高线性性是相位修正过程可重复性的核心。
削减平台：完整的晶圆级解决方案
Femtum的技术不仅仅是激光，它是一个为大规模PIC制造设计的完整工业平台。完整系统如图2所示，包括亚微米级定位级、可适应的芯片或夹头（可处理最大300毫米的行业标准晶圆）、专用激光源和光学头（内置高精度二维振镜扫描仪，实现快速束流转向），以及集成控制器和软件。整个工艺完全可编程和自动化，支持晶圆级或芯片级加工。校正本身速度极快，每次修改在毫秒级内完成，从而实现高通量处理。
图2：一个完整的激光修剪加工平台，配备亚微米运动级、专用激光器和光学头。
从测试到纠正：无缝工作流程
Femtum 的系统设计用于无缝切换到现有的 PIC 工作流程，且干扰最小。晶圆级测试（WLT）后：
1.识别因相位误差而失效的模具。
2.这些模具会自动被引导到激光修剪平台。
3.裁剪算法应用局部修正。
4.修正后的芯片返回经过验证的流程，现已达到性能规范。
新设计：灵活性与持久相调控
除了对制造良率的直接好处外，激光修剪还改变了PIC的设计方式。
当静态相位误差可以被永久纠正时：
1.TPS加热器可以以较低功率运行，也可以完全拆除。
2.电力预算被释放用于计算或调制。
3.设备尺寸和复杂度降低。
4.热管理变得更简单。
5.FIT（及时失效）率因加热应力降低而提高。
激光修剪成为实现更密集、更节能架构的基础工具，这对人工智能光子学和量子应用至关重要。
扩展到新材料和光子架构
展望未来，Femtum 有明确的战略路线图来扩展该平台的能力：
除了硅绝缘体（SOI），该技术还被应用于：
1.氮化硅（SiN）：对于低损耗无源电路至关重要。
2.磷化铟（InP）：单片集成有源元件（如激光器和调制器）的行业标准。
校正应用将从马赫-泽恩德干涉仪（MZI）扩展到其他基本组件，包括：
1.微环谐振腔
2.联挂器
3.点尺寸转换器
校正灵敏环形谐振器的谐振波长是整个行业面临的重大挑战，而可靠的解决方案代表着巨大的市场机遇。通过构建一个能够服务整个异构和混合PIC行业的多功能校正平台，Femtum正将自己定位为推动光子学进步不可或缺的合作伙伴。
后期制造优化的新标准
通过提供永久性、超低损耗的相位校正，Femtum 的技术消除了对高能耗且低效调谐方法的依赖。这一进步显著降低了功耗，提高了制造良率，并为集成光子设计带来了新机遇。随着集成光子学成为人工智能、电信和量子计算的基础技术，激光修剪正迅速确立其作为行业新标准的地位，推动该领域的创新。