聚合物波导提高了 CPO 共封装光学

日本的研究人员开发了一种聚合物波导，其性能与现有复杂芯片封装中的共封装光学（CPO）方法相似。

这可以降低将光学连接添加到芯片封装中的成本，以减少功耗并提高数据速率。

CPO 系统需要激光源才能运行，该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。虽然集成激光源允许更多连接，但确保一致性可靠性可能具有挑战性，这可能影响整体系统鲁棒性。另一方面，在 CPO 中使用外部激光源（ELS）可以提高系统可靠性。

由日本国立先进工业科学技术研究所的 Satoshi Suda 博士领导的研究团队测试了在玻璃-环氧基板上制造的单模聚合物波导的稳定性和可靠性，这些波导可以直接连接到单模光纤。

“聚合物波导在要求苛刻的 CPO 系统中显示出巨大潜力。因此，我们评估了单模聚合物波导在玻璃环氧基板上的基本光学特性，”Suda 说。

该团队使用直接激光写入技术在 FR4 玻璃环氧基板上制造了 11 毫米的聚合物波导。这些波导具有 9.0 微米×7.0 微米尺寸精确控制的芯径，适合匹配标准单模光纤。它们具有低于 0.5dB 的低极化相关损耗（PDL）和低于 0.2 皮秒的低群延迟差（DGD），并且在八个制造样品中具有均匀性。插入损耗和模式场尺寸等关键参数表现出极小的变化，确保了八个波导之间的一致性能。

具有低 PDL 和低 DGD 的波导可以通过最小化失真来帮助促进 CPO 系统内的稳定信号传输。研究人员发现，制成的波导具有一致的插入损耗和模式场尺寸。波导之间插入损耗和模式场尺寸的低变化表明它们可以作为节能的光学互连，适合用于 CPO 系统。

此外，在玻璃-环氧基板上制成的波导表现出理想的极化消光比（PER）。这是一个关键指标，反映了波导维持其传输信号特定极化的能力。团队在 CWDM4 标准的所有波长内测量了 PER，特别是在 1271、1291、1311 和 1331 纳米处，观察到所有 CWDM4 波长的高 PER 超过 20 分贝。这满足了由光网络论坛（OIF）开发的基于 ELS 的 CPO 系统的规格。

使用 Furukawa Electric 的外部激光器在 20dB 的高功率条件下对基于玻璃-环氧的波导进行测试，发现波导在连续使用六小时后仍然具有抗功率退化的能力。热分析显示在这些条件下温度仅上升约 4.4°C，与理论预测一致。

“这些发现证明了聚合物波导在实际部署于要求苛刻的 CPO 系统中的巨大潜力，为下一代高密度和高容量的光通信技术提供了可靠的基础，”Suda 说。