共封裝光學（Co-packaged optics, CPO）技術可以將光子集成電路（PICs）與電子集成電路（EICs）（如CPU和GPU）集成在同一個平臺上。這項先進技術具有巨大潛力，可顯著提高數據中心和高性能運算環(huán)境內的數據傳輸效率。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現高密度的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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單模聚合物波導是許多光子集成電路（PICs）的關鍵組件，它們幫助將光從外部激光器耦合到PIC中，或在系統(tǒng)內分配光信號。它們除了與電路高度兼容外，還具有成本效益高和機械靈活性的優(yōu)點。因此，它們在利用ELS的CPO系統(tǒng)中顯示出巨大的應用潛力。

如今，由日本產業(yè)技術綜合研究所（AIST）的Satoshi Suda博士領導的研究團隊測試了在玻璃環(huán)氧樹脂基板上制造的單模聚合物波導的穩(wěn)定性和可靠性。他們的研究成果發(fā)表在《光波技術雜志》（Journal of Lightwave Technology）上，表明這些聚合物波導具有一系列理想的特性，使其有望應用于未來的CPO系統(tǒng)。

Suda博士解釋道：“聚合物波導在嚴苛要求的CPO系統(tǒng)中顯示出強大的應用潛力。因此，我們評估了玻璃環(huán)氧樹脂基板上單模聚合物波導的基本光學特性”。

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

該團隊使用激光直寫技術在FR4玻璃環(huán)氧樹脂基板上制造了11毫米長的聚合物波導。這些波導具有良好控制的纖芯尺寸（9.0 µm × 7.0 µm），適合匹配標準的單模光纖。在制造的八個樣品中，它們表現出低的偏振相關損耗（PDL）和低的差分群時延（DGD），并具有優(yōu)異的均勻性。具有低PDL和低DGD的波導可以通過最小化失真來促進CPO系統(tǒng)內的穩(wěn)定信號傳輸。研究人員發(fā)現，所制造的波導具有一致的插入損耗和模場尺寸。波導間插入損耗和模場尺寸的微小變化表明它們可以作為高能效的光互連器件，使其適合應用于CPO系統(tǒng)。

此外，在玻璃環(huán)氧樹脂基板上制造的波導表現出理想的偏振消光比（PER）（這是一個關鍵指標，反映了波導保持其傳輸信號特定偏振態(tài)的能力）。團隊測量了粗波分復用4（CWDM4）標準內所有波長（具體為1271、1291、1311和1331 nm）的PER，并觀察到在所有CWDM4波長下PER均超過20 dB，符合基于ELS的CPO系統(tǒng)的光互聯論壇（OIF）規(guī)范。

此外，在高功率條件下對基于玻璃環(huán)氧樹脂的波導進行的測試表明，即使連續(xù)使用六小時后，波導也能抵抗功率退化，同時表現出極小的發(fā)熱問題。實驗中使用的ELS由古河電氣工業(yè)株式會社（Furukawa Electric Co., Ltd.）提供，確保了六小時的穩(wěn)定運行。

Suda博士總結道：“這些發(fā)現證明了聚合物波導在嚴苛要求的CPO系統(tǒng)中實際部署的強大潛力，為下一代高密度、大容量光通信技術提供了可靠的基礎”。

相關鏈接：https://dx.doi.org/10.1109/JLT.2025.3543339