聚合物波導提高了 CPO 共封裝光學

日本的研究人員開發了一種聚合物波導，其性能與現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據速率。

CPO 系統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性，這可能影響整體系統魯棒性。另一方面，在 CPO 中使用外部激光源（ELS）可以提高系統可靠性。

由日本國立先進工業科學技術研究所的 Satoshi Suda 博士領導的研究團隊測試了在玻璃-環氧基板上制造的單模聚合物波導的穩定性和可靠性，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在 FR4 玻璃環氧基板上制造了 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鍵參數表現出極小的變化，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 系統內的穩定信號傳輸。研究人員發現，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能的光學互連，適合用于 CPO 系統。

此外，在玻璃-環氧基板上制成的波導表現出理想的極化消光比（PER）。這是一個關鍵指標，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。這滿足了由光網絡論壇（OIF）開發的基于 ELS 的 CPO 系統的規格。

使用 Furukawa Electric 的外部激光器在 20dB 的高功率條件下對基于玻璃-環氧的波導進行測試，發現波導在連續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。

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