共封裝光學(xué)（Co-packaged optics, CPO）技術(shù)可以將光子集成電路（PICs）與電子集成電路（EICs）（如CPU和GPU）集成在同一個(gè)平臺(tái)上。這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)具有巨大潛力，可顯著提高數(shù)據(jù)中心和高性能運(yùn)算環(huán)境內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸效率。CPO系統(tǒng)需要激光源才能工作，該激光源可以直接集成在硅光芯片中（集成激光源），也可以由外部提供。

雖然集成激光源可以實(shí)現(xiàn)高密度的CPO集成，但確保其一致可靠性可能具有挑戰(zhàn)性，這可能會(huì)影響系統(tǒng)的整體穩(wěn)健性。相比之下，在CPO中使用外部激光源（External Laser Sources, ELS）可提供更高的系統(tǒng)可靠性。

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單模聚合物波導(dǎo)是許多光子集成電路（PICs）的關(guān)鍵組件，它們幫助將光從外部激光器耦合到PIC中，或在系統(tǒng)內(nèi)分配光信號(hào)。它們除了與電路高度兼容外，還具有成本效益高和機(jī)械靈活性的優(yōu)點(diǎn)。因此，它們?cè)诶�用ELS的CPO系統(tǒng)中顯示出巨大的應(yīng)用潛力。

如今，由日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（AIST）的Satoshi Suda博士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)測(cè)試了在玻璃環(huán)氧樹(shù)脂基板上制造的單模聚合物波導(dǎo)的穩(wěn)定性和可靠性。他們的研究成果發(fā)表在《光波技術(shù)雜志》（Journal of Lightwave Technology）上，表明這些聚合物波導(dǎo)具有一系列理想的特性，使其有望應(yīng)用于未來(lái)的CPO系統(tǒng)。

Suda博士解釋道：“聚合物波導(dǎo)在嚴(yán)苛要求的CPO系統(tǒng)中顯示出強(qiáng)大的應(yīng)用潛力。因此，我們?cè)u(píng)估了玻璃環(huán)氧樹(shù)脂基板上單模聚合物波導(dǎo)的基本光學(xué)特性”。

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概念圖：(a) 頂視圖和 (b) 基于單模聚合物波導(dǎo)的“有源光學(xué)封裝基板”的截面圖，用于下一代采用ELS的CPO技術(shù)。

該團(tuán)隊(duì)使用激光直寫(xiě)技術(shù)在FR4玻璃環(huán)氧樹(shù)脂基板上制造了11毫米長(zhǎng)的聚合物波導(dǎo)。這些波導(dǎo)具有良好控制的纖芯尺寸（9.0 µm × 7.0 µm），適合匹配標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖。在制造的八個(gè)樣品中，它們表現(xiàn)出低的偏振相關(guān)損耗（PDL）和低的差分群時(shí)延（DGD），并具有優(yōu)異的均勻性。具有低PDL和低DGD的波導(dǎo)可以通過(guò)最小化失真來(lái)促進(jìn)CPO系統(tǒng)內(nèi)的穩(wěn)定信號(hào)傳輸。研究人員發(fā)現(xiàn)，所制造的波導(dǎo)具有一致的插入損耗和模場(chǎng)尺寸。波導(dǎo)間插入損耗和模場(chǎng)尺寸的微小變化表明它們可以作為高能效的光互連器件，使其適合應(yīng)用于CPO系統(tǒng)。

此外，在玻璃環(huán)氧樹(shù)脂基板上制造的波導(dǎo)表現(xiàn)出理想的偏振消光比（PER）（這是一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，反映了波導(dǎo)保持其傳輸信號(hào)特定偏振態(tài)的能力）。團(tuán)隊(duì)測(cè)量了粗波分復(fù)用4（CWDM4）標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)所有波長(zhǎng)（具體為1271、1291、1311和1331 nm）的PER，并觀察到在所有CWDM4波長(zhǎng)下PER均超過(guò)20 dB，符合基于ELS的CPO系統(tǒng)的光互聯(lián)論壇（OIF）規(guī)范。

此外，在高功率條件下對(duì)基于玻璃環(huán)氧樹(shù)脂的波導(dǎo)進(jìn)行的測(cè)試表明，即使連續(xù)使用六小時(shí)后，波導(dǎo)也能抵抗功率退化，同時(shí)表現(xiàn)出極小的發(fā)熱問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)中使用的ELS由古河電氣工業(yè)株式會(huì)社（Furukawa Electric Co., Ltd.）提供，確保了六小時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行。

Suda博士總結(jié)道：“這些發(fā)現(xiàn)證明了聚合物波導(dǎo)在嚴(yán)苛要求的CPO系統(tǒng)中實(shí)際部署的強(qiáng)大潛力，為下一代高密度、大容量光通信技術(shù)提供了可靠的基礎(chǔ)”。

相關(guān)鏈接：https://dx.doi.org/10.1109/JLT.2025.3543339