美国国家航空航天局（NASA）近日宣布，将授予AIM Photonics和NLM Photonics小型商业技术转移（STTR）第一阶段资助，用于共同研发高效紧凑的电光（EO）调制器，应用于太空任务。这次合作汇聚了NLM在混合有机EO材料方面的专长，以及AIM在先进硅基光电子集成电路制造方面的实力，目的是要为太空开发下一代光电子集成芯片[1]。
为期13个月的STTR第一阶段项目，将集中研发硅有机混合（SOH）EO调制器的样机，以满足太空任务对性能和环境的苛刻要求。调制器是光纤通信的关键部件，它通过调制光的振幅、相位或偏振等特性，对光信号进行编码。体积更小、功耗更低的调制器，能让光子系统的有效载荷更加紧凑高效。
NLM Photonics总部位于美国华盛顿州西雅图，长期致力于将有机EO材料集成到硅光子芯片上，开发混合光子解决方案。有机材料具有高EO活性，可实现紧凑机型下的高效调制，这在无机材料如铌酸锂中是难以实现的。NLM的技术在从数据中心到自动驾驶等应用中展现出巨大潜力。
NLM的合作伙伴AIM Photonics位于美国纽约州罗切斯特，专注集成光电子技术的制造和创新。AIM拥有世界一流的300毫米半导体光电子工艺装备，可用于光电子研发、样机制作和小批量生产。该设施将为NLM提供光子集成电路设计的制造支持。
在STTR第一阶段计划中，NLM将设计面向通用的1310纳米和1550纳米波段的SOH调制器芯片布局。这些设计将按照NASA的需求进行优化，考虑抗辐射性、可靠性、功耗和工作温度范围等因素。AIM随后将制造这些芯片设计的样机，并提供封装样品给NASA进行评估。
借助AIM灵活可扩展的光子制造平台，NLM可以快速制作不同调制器设计的原型并迭代优化，以识别最佳候选方案。这种协作模式使团队能够攻克太空环境的种种极端条件带来的技术难题。
项目由NLM Photonics负责工艺开发的Scott Hammond博士领导，将与AIM Photonics的工程经理Nicholas Fahrenkopf博士紧密配合，完成调制器设计的移交和样机制造工作。
这项资助研发的高性能紧凑SOH调制器，可望推动卫星通信、星际数据链路、光子信号处理、激光雷达和探测等应用取得跨越式进展。这些能力对NASA实现月球持续探索和首次有人火星飞行等积极目标非常重要。
除月球和火星计划，先进的光电子技术还将在NASA的其他任务中发挥日益重要的作用，帮助人类深入了解地球、太阳系和宇宙。 SOH调制器可用于太空系统中的多种任务，例如：
高带宽的卫星间和星际链接，用于通信和数据传输
利用光束传输数据的自由空间光通信
光子信息处理和计算以减少与电子系统相比的载荷质量
激光雷达和其他光电传感器绘制地形、探测水源/矿产、测量大气成分等
光学陀螺仪和加速度计实现精确的太空飞行导航和控制
不同子系统间的光电子链路，以减少铜缆的体积和质量
极端恶劣的太空环境给光子器件带来独特的挑战。辐射、带电粒子、微陨石/太空碎片、温度剧烈变化、发射时的振动与冲击等因素都必须考虑在内。STTR第一阶段项目将评估SOH调制器暴露于模拟太空环境下的抗辐射性、工作温度范围、可靠性和耐久性。
在这些环境下器件存活需要通过专业的封装和测试。幸运的是，NLM和AIM在开发满足客户严苛要求的稳健光电子解决方案方面都具备丰富经验。这将确保调制器样机符合NASA在未来太空任务中的部署需求。
STTR合作项目不仅为两家公司带来第一阶段的资助，其重要裨益还远超此项经费。对NLM光子来说，这提供了来自NASA科学家和工程师的宝贵反馈，将有助于持续推进调制器技术的研发，也打开了在利润丰厚的航天领域获得后续合作机会的大门。
而对AIM Photonics来说，与NLM Photonics等合作伙伴的接触，丰富了其光子平台的工艺和知识产权储备。这有利于AIM推动美国集成光电子制造业的发展，也为其打开了通向新客户群的门户。
如果顺利，该项目有望获得第二阶段的后续资助，以进一步成熟调制器技术并进行辐射测试。第二阶段将为调制器的商业化应用和实际太空任务部署做好铺路。此外，所展示的能力也可为AIM和NLM打开与空军、海军、DARPA等其他政府和国防机构合作的机会。
NASA的资助使NLM Photonics和AIM Photonics能各显专长，融合混合有机材料和先进光电子制造的优势。双方期望通过合作开发适用于太空的EO调制器，巩固硅光子在未来NASA任务中的关键应用地位。技术挑战重重，但研制的器件不仅对太空事业，还将对整个集成光子产业产生深远影响。
参考来源：
[1]https://www.nlmphotonics.com/2023/10/02/nasa-grant-for-hybrid-organic-electro-optic-modulation-in-space-applications/
微信公众号 
bilibili 
微信视频号