聚合物波導提高了 CPO 共封裝光學

日本的研究人員開發(fā)了一種聚合物波導，其性能與現(xiàn)有復雜芯片封裝中的共封裝光學（CPO）方法相似。

這可以降低將光學連接添加到芯片封裝中的成本，以減少功耗并提高數(shù)據(jù)速率。

CPO 系統(tǒng)需要激光源才能運行，該激光源可以是直接集成到硅光子芯片（PIC）中，也可以是外部提供。雖然集成激光源允許更多連接，但確保一致性可靠性可能具有挑戰(zhàn)性，這可能影響整體系統(tǒng)魯棒性。另一方面，在 CPO 中使用外部激光源（ELS）可以提高系統(tǒng)可靠性。

由日本國立先進工業(yè)科學技術(shù)研究所的 Satoshi Suda 博士領(lǐng)導的研究團隊測試了在玻璃-環(huán)氧基板上制造的單模聚合物波導的穩(wěn)定性和可靠性，這些波導可以直接連接到單模光纖。

“聚合物波導在要求苛刻的 CPO 系統(tǒng)中顯示出巨大潛力。因此，我們評估了單模聚合物波導在玻璃環(huán)氧基板上的基本光學特性，”Suda 說。

該團隊使用直接激光寫入技術(shù)在 FR4 玻璃環(huán)氧基板上制造了 11 毫米的聚合物波導。這些波導具有 9.0 微米×7.0 微米尺寸精確控制的芯徑，適合匹配標準單模光纖。它們具有低于 0.5dB 的低極化相關(guān)損耗（PDL）和低于 0.2 皮秒的低群延遲差（DGD），并且在八個制造樣品中具有均勻性。插入損耗和模式場尺寸等關(guān)鍵參數(shù)表現(xiàn)出極小的變化，確保了八個波導之間的一致性能。

具有低 PDL 和低 DGD 的波導可以通過最小化失真來幫助促進 CPO 系統(tǒng)內(nèi)的穩(wěn)定信號傳輸。研究人員發(fā)現(xiàn)，制成的波導具有一致的插入損耗和模式場尺寸。波導之間插入損耗和模式場尺寸的低變化表明它們可以作為節(jié)能的光學互連，適合用于 CPO 系統(tǒng)。

此外，在玻璃-環(huán)氧基板上制成的波導表現(xiàn)出理想的極化消光比（PER）。這是一個關(guān)鍵指標，反映了波導維持其傳輸信號特定極化的能力。團隊在 CWDM4 標準的所有波長內(nèi)測量了 PER，特別是在 1271、1291、1311 和 1331 納米處，觀察到所有 CWDM4 波長的高 PER 超過 20 分貝。這滿足了由光網(wǎng)絡(luò)論壇（OIF）開發(fā)的基于 ELS 的 CPO 系統(tǒng)的規(guī)格。

使用 Furukawa Electric 的外部激光器在 20dB 的高功率條件下對基于玻璃-環(huán)氧的波導進行測試，發(fā)現(xiàn)波導在連續(xù)使用六小時后仍然具有抗功率退化的能力。熱分析顯示在這些條件下溫度僅上升約 4.4°C，與理論預測一致。

“這些發(fā)現(xiàn)證明了聚合物波導在實際部署于要求苛刻的 CPO 系統(tǒng)中的巨大潛力，為下一代高密度和高容量的光通信技術(shù)提供了可靠的基礎(chǔ)，”Suda 說。