光子集成电路(PIC)的光纤互连策略通常使用粘合剂开发。然而，从长远来看，这种连接技术会导致光学性能下降，从而导致光学传输损耗，这在医疗技术和生命科学等应用中是致命的。作为“PICWeld”欧洲之星项目的一部分，FraunhoferIZM研究人员和合作伙伴开发了一种无粘合剂、节省空间且坚固耐用的激光焊接工艺，用于将光纤固定到PIC。将该工艺集成到自动对准系统中已证明其工业成熟度，使得玻璃-玻璃连接技术对商业用途极具吸引力。

人们早就知道，从器官功能到温度调节和激素产生的生化过程都受到光的显着影响。围绕光和身体的研究现在已经取得了长足的进步，生命科学和生物光子学等新学科正在解决自然科学和医学之间的交叉问题。因此，通过研究与癌症相关的细胞和组织的结构，高精度、复杂的测量可用于获取有关光如何与物质相互作用的信息。

但深入了解这些最深层的生物秘密并非易事：最近，有人提出了基于具有高度稳定光纤连接的PIC的小型化系统，作为了解可见光在生物过程中作用的一种方式。这正是弗劳恩霍夫可靠性和微集成研究所IZM通过开发一种全新的激光焊接工艺将光纤直接连接到基于熔融石英玻璃基板的PIC上的研究项目“PICWeld”的地方。在其合作伙伴ficonTECServiceGmbH的帮助下，该过程在一个自动化系统中实施，该系统提供了高可重复性和可扩展性。

由AletheaVanessaZamoraGómez博士领导的研究小组为自己设定了开发更简单、更坚固、更耐用的玻璃-玻璃接头的任务。这种连接已经用于专业光学领域，但传统的解决方案有一个明显的缺点：在大多数情况下，分立的光学元件是通过粘合剂连接的。粘合剂的柔软性会导致元件的位置随着时间的推移而发生变化，并且还会在两层玻璃之间产生干涉点，这会导致信号衰减并随着粘合剂的老化而变脆。因此，长期稳定性通常至关重要。为了规避连接技术的这些缺点，研究人员开发了一种CO2工艺激光焊接，首次创建了直接、耐热和透明的玻璃-玻璃接头。

但是，为了超越实验性激光焊接的可靠熔融石英玻璃接头，并使该技术更接近工业化和高可扩展性，已经开发和制造了一种全新的自动化工艺系统。

由此产生的系统实现了无粘合剂界面和包括集成波导的焊接光纤PIC的高效耦合。但在连接准备好应用之前，研究人员必须克服许多技术挑战。由于玻璃纤维和基板具有不同的体积，因此要连接的两个部分的热容量也不相等。这种差异导致非常不同的加热和冷却行为，例如，这可能导致冷却过程中的变形和裂纹。光子学专家的解决方案是通过单独的、可单独调节的激光器均匀地预热基板，从而同时实现光纤和基板的熔化阶段。

该系统配备了高达1300°C的热过程监控、精确到1µm的定位系统、图像识别过程和控制软件，用于在项目过程中焊接其第一个接头，使其功能成为进行测试和初始的面向过程的测量。

PICWeld于2021年完成后立即启动了第一个后续项目，其中新技术用于准直器、波导芯片和多透镜阵列的光纤耦合。“通过我们的CO2激光焊接系统，我们扩展了现有原理背后的流程：尤其是高度自动化的潜力使客户能够以最大的耦合效率使用PIC。工业集成意味着生物光子学应用领域的飞跃，但也适用于量子通信和高性能光子学，”FraunhoferIZM的项目经理AletheaVanessaZamoraGómez博士解释说。