矽光子平台對位技術：基於 attocube 的 EC 系列壓電平台與 IDS3010 干涉儀閉迴路即時補償控制的奈米級解決方案

2026/04/29

隨著全球電信網路的急遽擴張以及消費性電子產品的普及，光通訊產業正面臨前所未有的技術升級需求。為了滿足龐大的光學數據傳輸量，光子產業正持續朝向高度微型化發展，而矽光子技術正是推動各式光學、光子與電子模組高度整合的關鍵平台。

在矽光子平台與先進光纖模組（如光纖陣列）的組裝過程中，面臨著一項極大的挑戰：必須將直徑極微小（通常小於 100 µm，甚至僅有 9 µm ）的光纖芯與其他微型元件進行完美連接。要在如此複雜的元件之間確保極高且可靠的光訊號傳輸，唯一的解決途徑就是在所有自由度（ DOF ）上實現極致精準的空間對位。這不僅要求設備具備多軸移動能力，更對系統的雜訊控制水平、定位重複精度以及長期穩定性提出了嚴苛的標準。在同為 attocube 的產品系統背景下，EC 系列壓電平台具備 1nm 高精度的移動能力並且可以直接串接結合 IDS3010 雷射干涉儀進行閉迴路即時回饋監控系統，成為達成矽光子平台與光通訊封裝嚴苛對位需求的理想解決方案。

矽光子測試系統：attocube 壓電平台實現高精度光纖對位

圖 : attocube 的 EC 系列壓電平台與 IDS3010 雷射干涉儀進行閉迴路即時回饋監控

1. 滿足複雜空間對位的高精度多軸控制（ 5~6 DOF ）

矽光子模組的封裝往往需要複雜的空間對準能力。透過採用模組化的 attocube 的 EC 系列壓電平台，能夠輕易建構出高度客製化的多軸定位堆疊。這套系統可結合直線移動、旋轉與傾斜，實現 5 個自由度（ 5 DOF ）的控制，甚至可再加入測角器（ goniometer ）擴充至 6 個自由度。在實際操作中，attocube 的 EC 系列壓電平台支援粗調與微調雙模式，允許操作人員先在毫米（ mm ）等級快速將光纖移動至目標範圍，隨後再以奈米（ nm ）等級的最高解析度進行微調。

5-6 DOF 多軸對位系統，針對矽光子光學耦合之精密機構堆疊

圖 : 測量設置使用了一組包含 XYZ、θ、以及 Φ 五個自由度（ 5 DOF ）的堆疊位移台，用以掃描耦合訊號的強度。探測器測量了位移範圍內的強度，隨後將強度繪製成位移的函數圖表。

2. 最佳化光傳輸效率的精密掃描

確保光訊號耦合效率的關鍵，在於找出最佳的光傳輸位置。在使用 attocube 的 EC 系列壓電平台建構的多自由度系統中，可以先利用測角器與旋轉器將兩端光纖或微結構的端面調整至平行，並以 X 軸定位器調整彼此的距離。接著，系統會利用作為 Y 軸與 Z 軸的 attocube 的 EC 系列壓電平台在微米或幾奈米級別的解析度下進行二維平面掃描。透過記錄外部探測器接收到的光訊號強度，系統能精準定位出訊號最強的中心傳輸點（ Bright spot ）。

矽光子光纖對位二維掃描結果：尋找光學耦合器之中心傳輸亮點

圖 : 測量結果透過顯示整個掃描範圍內每個 2 µm 像素的強度，來進行視覺化與評估。結果顯示，中心區域（亮點）呈現了有效的耦合效果，其大小約為光纖芯徑（約 9 µm ）的一半。

3. IDS3010 雷射干涉儀閉迴路即時回饋控制突破傳統機械限制

在對準光纖陣列時，為了描繪出高解析度的光強分布圖像，探針與光纖芯之間的相對移動重複精度必須控制在 25 奈米以內。雖然 attocube 的 EC 系列壓電平台可內建解析度達 1 奈米的光電編碼器，但因傳統感測點與實際樣本有段距離，容易產生橫向偏擺與槓桿效應放大的誤差。為了解決此問題，可將解析度高達 1 皮米（ pm ）的 IDS3010 干涉儀作為外部閉迴路即時回饋控制感測器，與 attocube 的 EC 系列壓電平台完美搭配。將微型化的感測探頭架設在最靠近待測點的位置，能直接量測並即時補償機械公差與熱漂移帶來的影響。這套基於 attocube 的 EC 系列壓電平台的系統能在常溫環境中實現高達 5 奈米的重複精度，並穩定執行精細至 1 奈米的步進控制。

IDS3010 雷射干涉儀與控制器之閉迴路回饋，突破傳統機械誤差限制

圖 : attocube 的 EC 系列壓電平台控制器與 IDS3010 雷射干涉儀連接架構示意圖

attocube 壓電平台效能測試：1nm 步進解析度與優於 5nm 之重複精度數據

圖 : 使用 IDS3010 雷射干涉儀閉迴路即時回饋控制連接量測 ECSx3030 壓電平台增量為 1 nm 步進的測量結果

attocube 壓電平台效能測試：1nm 步進解析度與優於 5nm 之重複精度數據

圖 : 使用 IDS3010 雷射干涉儀閉迴路即時回饋控制連接量測 ECSx3030 壓電平台 1 µm 步進的測量結果，且重複精度優於 5 nm。

4. 極佳的長期穩定性與環境適應力

在光通訊元件封裝與測試中，找到對位點後將其「穩定維持住」同樣重要。attocube 的 EC 系列壓電平台具備優異的長期穩定性，能夠長時間將微細的光纖芯維持在特定位置而不產生偏移。此外，如果應用場景需要進一步排除空氣擾動與溫度波動的影響，這套整合了 IDS3010 干涉儀的 attocube 的 EC 系列壓電平台系統也能在真空環境中運作，以實現更極致的對位精度。

矽光子光學耦合封裝實測：使用多軸壓電位移台進行光纖端面對準

圖：應用實例顯示：一組疊加了測角儀（繞 Z 軸運動）的 X-Y 位移台以及一個傾斜旋轉器，被用於對準兩個光纖端面，以實現光耦合。

結論

現今的光通訊產業與矽光子平台對位工程，必須克服微小尺度下的諸多物理限制。透過導入 attocube 的 EC 系列壓電平台建構多自由度控制堆疊，能為微型光學元件提供毫米級大範圍移動與奈米級精密微調的雙重優勢。若進一步結合 IDS3010 干涉儀作為真實位置的閉迴路即時回饋控制，更能達成 5 奈米的極致重複精度與 1 奈米的步進解析度。總結來說，attocube 的 EC 系列壓電平台這套兼具極致精度與長期穩定性的解決方案，能有效滿足先進光纖模組與矽光子元件組裝中對於高品質光耦合的嚴格要求。

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