Quantum Dot Lasers Integrated via Optical Interconnects Using 3D-Printed Structured Microlenses and Photonic Wire Bonding
Quantum Dot Lasers Integrated via Optical Interconnects Using 3D-Printed Structured Microlenses and Photonic Wire Bonding Abstract: Hybrid-integrated quantum dot (QD) coherent comb lasers provide broad bandwidth and high coherence, making them attractive for demanding applications such as precision metrology, high-capacity optical communications, and quantum information processing, especially when integrated with photonic integrated circuits (PICs). Various approaches have been explored to integrate III–V gain devices with silicon photonics, including monolithic, heterogeneous, and hybrid integration. However, each method faces challenges in reproducibility, scalability, and coupling efficiency. Recently, 3D-printed structures, including micro-lens and photonic wire bonding (PWB), have emerged as a promising solution. In this approach, a femtosecond pulsed laser is used to directly write low-loss polymer waveguides in three dimensions. These 3D-printed structures significantly reduce alignment sensitivity, offering two to three orders of magnitude higher tolerance compared to techniques such as flip-chip bonding, which requires sub-micron alignment accuracy in all three axes. This high tolerance enables efficient and low-loss coupling between different optical interfaces, including optical fibers, surface-emitting lasers, and edge-emitting lasers. Here, we demonstrate a co-packaging approach for hybrid-integrated QD multi-wavelength coherent comb lasers using PWB and 3D-printed micro-lens structures. Experimental results show stable comb mode locking, narrow optical linewidths, and low relative intensity noise, while maintaining a compact footprint. This work paves the way for robust hybrid photonic platforms for applications in quantum technologies, precision metrology, and advanced optical communications. ———————————————————————— Lasers à points quantiques intégrés via des interconnexions optiques utilisant des microlentilles structurées imprimées en 3D et la liaison par fil photonique Résumé: Les lasers à peigne de fréquences cohérents à points quantiques (PQ) hybrides offrent une large bande passante et une grande cohérence, ce qui les rend particulièrement intéressants pour des applications exigeantes telles que la métrologie de précision, les communications optiques à haut débit et le traitement de l’information quantique, notamment lorsqu’ils sont intégrés à des circuits photoniques intégrés (PIC). Différentes approches ont été explorées pour intégrer des dispositifs à gain III-V à la photonique sur silicium, notamment l’intégration monolithique, hétérogène et hybride. Cependant, chaque méthode présente des défis en termes de reproductibilité, d’évolutivité et d’efficacité de couplage. Récemment, les structures imprimées en 3D, notamment les microlentilles et le câblage photonique (PWB), sont apparues comme une solution prometteuse. Dans cette approche, un laser pulsé femtoseconde est utilisé pour écrire directement des guides d’ondes polymères à faibles pertes en trois dimensions. Ces structures imprimées en 3D réduisent considérablement la sensibilité à l’alignement, offrant une tolérance de deux à trois ordres de grandeur supérieure à celle de techniques telles que le flip-chip, qui exige une précision d’alignement submicronique sur les trois axes. Cette tolérance élevée permet un couplage efficace et à faibles pertes entre différentes interfaces optiques, notamment les fibres optiques, les lasers à émission de surface et les lasers à émission par tranche. Nous présentons ici une approche de co-encapsulation pour des lasers à peigne de fréquences cohérents multi-longueurs d’onde à points quantiques intégrés hybrides, utilisant des circuits imprimés et des structures de microlentilles imprimées en 3D. Les résultats expérimentaux démontrent un verrouillage de mode stable du peigne, des largeurs de raie optiques étroites et un faible bruit d’intensité relative, tout en conservant un encombrement réduit. Ces travaux ouvrent la voie à des plateformes photoniques hybrides robustes pour des applications dans les technologies quantiques, la métrologie de précision et les communications optiques avancées. In order to promote more open discussions/interactions, at the end of the presentation and Q/A, we will allow other experts in this field (modeling of semiconductor laser) to present very briefly their work (1 slide, 2 min max) or their company. / Afin de favoriser des discussions/interactions plus ouvertes, à la fin de la présentation et des questions/réponses, nous permettrons aux experts de ce domaine (modélisation de lasers semi-conducteurs) de présenter très brièvement leurs travaux (1 diapositive, 2 min max) ou leur compagnie. About / A propos The High Throughput and Secure Networks (HTSN) Challenge program is hosting regular virtual seminar series to promote scientific information sharing, discussions, and interactions between researchers. https://nrc.canada.ca/en/research-development/research-collaboration/programs/high-throughput-secure-networks-challenge-program Le programme Réseaux Sécurisés à Haut Débit (RSHD) organise régulièrement des séries de séminaires virtuels pour promouvoir le partage d’informations scientifiques, les discussions et les interactions entre chercheurs. https://nrc.canada.ca/fr/recherche-developpement/recherche-collaboration/programmes/programme-defi-reseaux-securises-haut-debit Co-sponsored by: National Research Council, Canada. Speaker(s): Francis Duhamel, Guocheng Liu Virtual: https://events.vtools.ieee.org/m/544407
