弗勞恩霍夫可靠性與微集成研究所的研究人員開發(fā)出一種激光焊接工藝，無需粘合劑即可將光子集成電路（PIC）連接到光纖上。與眾不同的是，該技術(shù)可在低至4開爾文的低溫條件下使用。該技術(shù)所創(chuàng)建的石英到石英的直接連接有望實(shí)現(xiàn)更可靠、更快速和更便宜的光纖-集成電路連接，從而提高量子技術(shù)的應(yīng)用水平。

極低的溫度是觀測量子效應(yīng)的必要條件，因此人們對低溫量子計(jì)算系統(tǒng)的開發(fā)投入了大量的關(guān)注和精力。采用基于PIC模塊的量子技術(shù)系統(tǒng)，為量子計(jì)算中的安全通信和連接提供了一種更緊湊的解決方案，但此類光子系統(tǒng)需要可靠的玻璃纖維連接。

在QWeld項(xiàng)目中，研究人員為PIC創(chuàng)造了一種穩(wěn)定、無粘合劑的光學(xué)粘接解決方案

作為QWeld項(xiàng)目的一部分，研究所的研究人員開發(fā)了一種用于垂直光學(xué)連接的新型激光焊接技術(shù)。它使用的是在之前的研究項(xiàng)目中組裝和安裝的“PIC-Weld”處理單元原型。該設(shè)備使玻璃纖維和硅玻璃PIC之間的直接激光焊接連接成為可能，這種連接比傳統(tǒng)粘合劑連接更耐用、熱穩(wěn)定性更好。

QWeld項(xiàng)目使用的PIC是通過標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制造的，但在設(shè)計(jì)上有一個(gè)特殊的功能：玻璃對玻璃激光焊接所需的二氧化硅（SiO2）表層。光纖垂直連接到PIC，通常有特定的傾斜度。在焊接過程中，激光會(huì)擊中PIC和玻璃纖維兩側(cè)的接觸點(diǎn)，并在短短幾秒鐘內(nèi)在兩者之間形成材料結(jié)合，從而大大加快了制造過程。

要在為該項(xiàng)目設(shè)定的新條件下實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)——主要是二氧化硅材料的組合和高精度對齊方面的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)——意味著必須對整個(gè)工藝和生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和重新開發(fā)，包括增加一個(gè)本地預(yù)熱器、增加對齊功能和傳感器。焊接的粘合劑經(jīng)久耐用，工藝可重復(fù)，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

研究員兼項(xiàng)目協(xié)調(diào)員Alethea Vanessa Zamora Gómez說：新穎的激光焊接工藝使用二氧化碳激光加熱PIC的二氧化硅層的特定部分，從而在實(shí)際焊接過程中將光纖與PIC之間的溫差降至最低。創(chuàng)新的預(yù)熱器技術(shù)有可能解決目前在低溫條件下光纖與PIC粘合時(shí)遇到的所有難題。

研究人員預(yù)計(jì)，該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不僅包括促成低溫技術(shù)和量子PIC的合作機(jī)會(huì)，還包括生物光子學(xué)、傳感器技術(shù)和高性能激光器。