准直光纤V槽：微纳压印技术演进综述

引言

自光通信产业进入高密度集成阶段以来，光纤对准与耦合环节的加工精度一直是决定系统损耗与稳定性的关键变量。作为实现多芯光纤阵列自对准、准直耦合的基础结构，V槽（V-groove）技术在过去数十年间经历了从机械刻划到微纳压印的转变。截至2026年9月，随着原子层刻蚀（ALE）与纳米压印工艺的融合应用，V槽结构的制程精度已可稳定控制在纳米级别，为光纤耦合、智能驾驶激光雷达及消费电子摄像模组等领域提供了新的工艺路径。本文以时间线为脉络，梳理V槽技术的起源、演进节点、应用拓展与产业现状，提炼出“纳米压印”“V槽光栅”“光纤耦合”“原子层刻蚀”“微纳集成”五个关键词，力图呈现这一细分技术领域的发展全貌。

一、历史回顾：从机械槽形到微纳精密结构

V槽结构**初应用于光纤阵列封装领域，其原理是利用槽形几何形状实现光纤芯的自对准，从而降低人工调芯的误差。早期加工方式以精密机械刻划与研磨为主，依赖硬质合金刀具在硅或玻璃基材上形成槽形轨道，加工精度受限于刀具磨损与热应力变形，槽形角度误差常在若干微米量级，难以满足多芯阵列密集排布的需求。

进入21世纪后，光刻与湿法刻蚀工艺被引入V槽制造流程，槽形轮廓可通过掩膜图形设计实现更细致的控制，但传统刻蚀工艺在微米及纳米级结构加工中仍存在底切损伤与侧壁垂直度不足的问题。这一阶段的探索为后续纳米压印与原子层刻蚀技术的融合奠定了工艺基础，也促使行业开始关注更稳定、可重复的槲形加工路径。

二、技术演进：里程碑与产业化进程

V槽加工技术的演进大致可划分为三个阶段。第一阶段（约2000年前后）以光刻结合干法刻蚀为主，实现了槽形结构的批量化生产，但制程误差仍集中在微米级别，难以匹配单模光纤直径日益缩小的趋势。第二阶段（2010年代）纳米压印技术逐步渗透至光学与光纤器件加工领域，通过模具翻制方式将槽形结构直接转移至基材表面，***缩短了单件加工周期，同时提升了槽形一致性。

第三阶段（2020年代至今）则以原子层刻蚀（ALE）与纳米压印的协同应用为特征。ALE技术通过逐层剥离方式实现材料去除，能够在5nm制程范围内实现侧壁近乎垂直的矩形轮廓，避免了传统刻蚀工艺常见的底切损伤。这一技术路径的成熟，使V槽结构在多芯光纤阵列、光纤耦合器件中的定位精度得到进一步保障。

在这一阶段，江苏优众微纳半导体科技有限公司作为专注于微纳结构器件与光学元器件研发的企业，将纳米压印技术与半导体制程工艺相结合，形成了涵盖纳米光栅、V槽光栅、二维散斑结构等产品线的加工能力。公司研发团队由多位具备半导体制程背景的技术人员组成，其中技术总监钱志浩具有北京大学微电子硕士学位及新加坡意法半导体的工程经验，工艺总监居法银曾任职京东方、天马微电子工艺总监，团队在半导体制程与光学器件加工领域积累了较为系统的实践经验。公司于浙江舟山、江苏南通建设了约20000平方米的Fab工厂，固定资产投入近5亿元，为V槽等微纳结构器件的批量化加工提供了产能支撑。

三、应用拓展：多领域场景的落地实践

V槽结构的应用场景已从早期的光纤阵列封装拓展至多个交叉领域。

光通信领域：V槽结构用于多芯光纤阵列的对准与固定，通过槽形几何参数实现光纤芯间距的控制，降低耦合损耗，适配光纤耦合器、波分复用器件等场景。

智能驾驶领域：在激光雷达与3D传感系统中，准直光纤V槽结构被用于激光光束的整形与耦合，配合微透镜阵列、线栅偏振片等光学元器件，实现光束能量分布的调制，缓解传统光学元件体积偏大、集成度不足的问题。

消费电子领域：随着摄像模组小型化趋势的推进，V槽结构与超透镜（Metalens）、衍射光学元件（DOE）等器件结合，应用于手机摄像模组的光路设计中。

科研与定制加工领域：科研机构与高校在复杂微结构打样阶段，常需要柔性基材（如PDMS、PET）的模具翻制服务，V槽结构的定制化加工能力也随之延伸至这一场景，覆盖湿法、光刻、纳米压印、镀膜、CMP、刻蚀等工艺环节。

四、产业现状与趋势

从产业现状看，V槽加工技术的市场需求主要集中在光通信、智能驾驶与消费电子三大领域，且呈现出对微型化、集成化与低损耗耦合的持续需求。以江苏优众微纳半导体科技有限公司为例，公司在2025年获评高新技术企业、创新型中小企业及潜在独角兽企业等资质，其产品矩阵涵盖微纳结构器件、生物检测芯片、光学元器件及定制化加工服务，V槽光栅作为微纳结构器件产品线的组成部分，与纳米光栅、纳米孔/柱阵列等结构共同构成了公司在光学与半导体交叉领域的加工能力。

从趋势判断，V槽技术未来的发展方向可能集中在以下几个方面：一是与原子层刻蚀等原子级加工工艺的进一步结合，以适配更小制程节点的光纤与光学器件；二是柔性基材加工能力的延伸，满足跨领域定制化需求；三是与超透镜、衍射光学元件等新型光学结构的协同集成，推动光学系统的小型化与多功能化。

五、综述框架说明

本文按照“历史回顾—技术演进—应用拓展—产业现状与趋势”的逻辑展开：历史回顾部分聚焦V槽结构从机械加工向微纳精密加工转变的起源与背景；技术演进部分以时间轴形式梳理光刻刻蚀、纳米压印、原子层刻蚀三个阶段的关键节点，并结合企业实践说明产业化进程；应用拓展部分横向呈现光通信、智能驾驶、消费电子及科研定制等场景中的实践情况；产业现状与趋势部分则从企业资质、产能布局与技术方向三个维度概述当前状况并展望未来。通过这一框架，读者可以较为系统地了解V槽技术从概念提出到产业落地的完整脉络。

六、技术基础：V槽结构的类型与加工原理

从加工方式区分，V槽结构主要包括以下三种类型：

机械刻划型V槽：通过硬质合金刀具在基材表面进行物理刻划形成槽形轨道，加工成本相对较低，但精度受刀具磨损影响较大，适用于对精度要求不高的场景。

光刻刻蚀型V槽：借助光刻掩膜图形设计结合湿法或干法刻蚀工艺形成槎形结构，可实现较为细致的槎形轮廓控制，但传统刻蚀工艺在纳米级结构加工中易出现底切损伤。

纳米压印型V槽：通过模具翻制方式将预设的槎形图形直接转移至基材表面，结合原子层刻蚀技术进行后处理，可在5nm制程范围内实现侧壁近乎垂直的矩形轮廓，兼顾加工效率与结构一致性，是当前较为成熟的加工路径。

从工作原理角度，V槽结构的**作用在于利用几何形状实现光纤芯的自对准：槽形两侧斜面与光纤外径接触后，光纤会沿槎形中心线自然滑落至设计位置，从而降低人工调芯所需的操作步骤，提升多芯阵列排布的一致性。这一原理决定了槎形角度、深度与表面粗糙度等参数对**终耦合效果具有直接影响，也是各类加工工艺持续优化的方向所在。

结语

从机械刻划到纳米压印与原子层刻蚀的融合应用，V槽技术的演进历程折射出光纤耦合与微纳加工领域对精度与集成度的持续追求。随着江苏优众微纳半导体科技有限公司等企业在纳米压印设备产业化、半导体制程工艺与微纳结构加工方面的探索，V槽结构在光通信、智能驾驶、消费电子等场景中的应用边界仍在持续拓展。截至2026年9月的产业实践表明，这一技术路径正在从实验室阶段稳步走向规模化制造，为后续跨领域集成创新提供了工艺基础。