2026年3月30日——美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员开发出一种新型光子集成电路封装技术。这种微型芯片利用光而非电来传输信息，新方法使其能在炙热工业环境、超冷真空舱乃至外太空深域等极端条件下稳定工作。

领导该项目的NIST物理学家尼古拉·克利莫夫表示：“这项研究标志着我们将光子技术的高速高效特性引入了传统电流驱动半导体芯片和常规封装光子芯片无法运作的领域。”

研究成果发表于《光子学研究》期刊。

在芯片制造领域，“封装”是指保护外壳与连接系统，它将芯片与光纤、电触点等外部组件相连。优质封装可确保芯片在紧凑设备中可靠运行，避免损坏或错位。

光子集成芯片具有显著优势：数据传输速度更快且功耗远低于传统芯片——但前提是封装能保持精密光学连接的精准对位。

光子集成芯片已在通信、医疗诊断和先进传感领域发挥核心作用，但在严苛环境中的应用仍受限。传统封装无法在强辐射、超高真空、酷热或极寒等极端条件下维持光子芯片与光纤间的可靠连接。

包括主流量子计算平台在内的诸多量子技术，需要超高真空环境或接近绝对零度的低温条件，或二者兼备。太空任务、核反应堆和粒子加速器中的仪器面临强辐射考验，而工业和能源应用则需能承受高温、高压及腐蚀环境的传感器。

为使光子集成芯片适应极端环境，该团队攻克了一个棘手的难题：如何将光纤牢固附着于光子芯片上。现有有机聚合物胶粘剂在极寒、强辐射、真空或高温下易开裂、释气或降解，一旦粘合失效，芯片即告瘫痪。

NIST科学家借鉴了NASA用于组装天基与地基天文系统大型超稳光学结构的技术。这种名为“氢氧化物催化键合”（HCB）的方法，能在光纤与光子芯片间形成无机玻璃状化学键。该工艺不使用胶水，而是借助微量氢氧化钠溶液在分子层面熔合表面，形成刚性稳定连接。

NIST团队首次证实HCB技术既可满足光子电路所需的光纤精密对位与高效光耦合，又能形成耐受恶劣环境的坚固封装。测试中，封装后的光子芯片经历了极低温、温度骤变、强电离辐射轰击及高真空环境，HCB键合的光纤连接始终完好，芯片功能保持正常。

尽管受商用光纤所限无法直接测试高温性能，但补充实验表明HCB光子封装在远超传统粘合剂耐受极限的温度下仍具机械稳定性。这些结果共同证明该封装方法具有跨极端环境的卓越适应性。

“这种键合方式与光纤本身同样坚固，”克利莫夫指出，“它让光子集成电路得以涉足以往不可企及的领域。”

虽然当前键合流程需数日完成，但研究人员强调这是工程优化问题而非原理障碍。通过针对性开发，工程师可大幅缩短耗时，使该技术适用于规模化生产。