烏魯木齊三維光子芯片多芯MT-FA光傳輸架構(gòu)

光子集成電路（Photonic Integrated Circuits, PICs）是將多個(gè)光子元件集成在一個(gè)芯片上的技術(shù)。三維設(shè)計(jì)在此領(lǐng)域的應(yīng)用，使得研究人員能夠在單個(gè)芯片上構(gòu)建多層光路網(wǎng)絡(luò)，明顯提升了集成密度和功能復(fù)雜性。例如，采用三維集成技術(shù)制造的硅基光子芯片，可以在極小的面積內(nèi)集成數(shù)百個(gè)光子元件，極大地提高了數(shù)據(jù)處理能力。在光纖通訊系統(tǒng)中，三維設(shè)計(jì)可以幫助優(yōu)化信號轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。通過使用三維封裝技術(shù)，可以將激光器、探測器以及其他無源元件緊密集成在一起，減少信號延遲并提高系統(tǒng)的整體效率。三維光子互連芯片的垂直互連技術(shù)，不僅提升了數(shù)據(jù)傳輸效率，還優(yōu)化了芯片內(nèi)部的布局結(jié)構(gòu)。烏魯木齊三維光子芯片多芯MT-FA光傳輸架構(gòu)

三維光子集成多芯MT-FA光傳輸組件作為下一代高速光通信的重要器件，正通過微納光學(xué)與硅基集成的深度融合，重新定義數(shù)據(jù)中心與AI算力集群的光互連架構(gòu)。其重要技術(shù)突破體現(xiàn)在三維堆疊結(jié)構(gòu)與多芯光纖陣列的協(xié)同設(shè)計(jì)上——通過在硅基晶圓表面沉積多層高精度V槽陣列，結(jié)合垂直光柵耦合器與42.5°端面全反射鏡，實(shí)現(xiàn)了12通道及以上并行光路的立體化集成。這種設(shè)計(jì)不僅將傳統(tǒng)二維平面布局的通道密度提升至每平方毫米8-12芯，更通過三維光路折疊技術(shù)將光信號傳輸路徑縮短30%，明顯降低了800G/1.6T光模塊內(nèi)部的串?dāng)_與損耗。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，采用該技術(shù)的多芯MT-FA組件在400G速率下插入損耗可控制在0.2dB以內(nèi)，回波損耗優(yōu)于-55dB，且在85℃高溫環(huán)境中連續(xù)運(yùn)行1000小時(shí)后，通道間功率偏差仍小于0.5dB，充分滿足AI訓(xùn)練集群對光鏈路長期穩(wěn)定性的嚴(yán)苛要求。寧夏多芯MT-FA光組件三維芯片互連技術(shù)Lightmatter的M1000芯片，通過多光罩主動(dòng)式中介層構(gòu)建裸片復(fù)合體。

三維光子互連技術(shù)與多芯MT-FA光纖連接器的結(jié)合，正在重塑芯片級光互連的物理架構(gòu)與性能邊界。傳統(tǒng)電子互連受限于銅導(dǎo)線的電阻損耗和電磁干擾，在芯片內(nèi)部微米級距離傳輸時(shí)仍面臨能效瓶頸，而三維光子互連通過將光子器件與波導(dǎo)結(jié)構(gòu)垂直堆疊，構(gòu)建了多層次的光信號傳輸通道。這種立體布局不僅將單位面積的光子器件密度提升數(shù)倍，更通過波長復(fù)用與并行傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)了T比特級帶寬密度。多芯MT-FA光纖連接器作為該體系的重要接口，采用低損耗MT插芯與精密研磨工藝，將多根光纖芯集成于單個(gè)連接頭內(nèi)，其42.5°反射鏡端面設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了光信號的全反射轉(zhuǎn)向，使100G/400G/800G光模塊的并行傳輸通道數(shù)突破80路。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，基于銅錫熱壓鍵合的2304個(gè)微米級互連點(diǎn)陣列，可支撐單比特50fJ的較低能耗傳輸，端到端誤碼率低至4×10?1?，較傳統(tǒng)電子互連降低3個(gè)數(shù)量級。這種技術(shù)融合使得AI訓(xùn)練集群的芯片間通信帶寬密度達(dá)到5.3Tb/s/mm2，同時(shí)將光模塊體積縮小40%，滿足了數(shù)據(jù)中心對高密度部署與低維護(hù)成本的雙重需求。

在工藝實(shí)現(xiàn)層面，三維光子耦合方案對制造精度提出了嚴(yán)苛要求。光纖陣列的V槽基片需采用納米級光刻與離子束刻蝕技術(shù)，確保光纖間距公差控制在±0.5μm以內(nèi)，以匹配光芯片波導(dǎo)的排布密度。同時(shí)，反射鏡陣列的制備需結(jié)合三維激光直寫與反應(yīng)離子刻蝕，在硅基或鈮酸鋰基底上構(gòu)建曲率半徑小于50μm的微型反射面，并通過原子層沉積技術(shù)鍍制高反射率金屬膜層，使反射效率達(dá)99.5%以上。耦合過程中，需利用六軸位移臺與高精度視覺定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光纖陣列與反射鏡陣列的亞微米級對準(zhǔn)，并通過環(huán)氧樹脂低溫固化工藝確保長期穩(wěn)定性。測試數(shù)據(jù)顯示，采用該方案的光模塊在40℃高溫環(huán)境下連續(xù)運(yùn)行2000小時(shí)后，插入損耗波動(dòng)低于0.1dB，回波損耗穩(wěn)定在60dB以上，充分驗(yàn)證了三維耦合方案在嚴(yán)苛環(huán)境下的可靠性。隨著空分復(fù)用（SDM）技術(shù)的成熟，三維光子耦合方案將成為構(gòu)建T比特級光互聯(lián)系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。三維光子互連芯片的應(yīng)用推動(dòng)了互連架構(gòu)的創(chuàng)新。

三維光子芯片的研發(fā)正推動(dòng)光互連技術(shù)向更高集成度與更低能耗方向突破。傳統(tǒng)光通信系統(tǒng)依賴鏡片、晶體等分立器件實(shí)現(xiàn)光路調(diào)控，而三維光子芯片通過飛秒激光加工技術(shù)在微納米尺度構(gòu)建復(fù)雜波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，將光信號產(chǎn)生、復(fù)用與交換功能集成于單一芯片。例如，基于軌道角動(dòng)量（OAM）模式的三維光子芯片，可在芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)多路信號的空分復(fù)用（SDM），通過溝槽波導(dǎo)設(shè)計(jì)完成OAM模式的產(chǎn)生、解復(fù)用及交換。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該芯片輸出的OAM模式相位純度超過92%，且偏振態(tài)穩(wěn)定性優(yōu)異，雙折射效應(yīng)極低。這種設(shè)計(jì)不僅突破了傳統(tǒng)復(fù)用方式（如波長、偏振）的容量限制，更通過片上集成大幅降低了系統(tǒng)復(fù)雜度與功耗。在芯片間光互連場景中，三維光子芯片與單模光纖耦合后，可實(shí)現(xiàn)兩路OAM模式復(fù)用傳輸，串?dāng)_低于-14.1dB，光信噪比（OSNR）代價(jià)在誤碼率3.8×10?3時(shí)分別小于1.3dB和3.5dB，驗(yàn)證了其作為下一代光互連重要器件的潛力。汽車智能駕駛系統(tǒng)中，三維光子互連芯片助力多傳感器數(shù)據(jù)快速融合處理。溫州基于多芯MT-FA的三維光子互連標(biāo)準(zhǔn)

在數(shù)據(jù)中心和云計(jì)算領(lǐng)域，三維光子互連芯片將發(fā)揮重要作用，推動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸和處理能力的提升。烏魯木齊三維光子芯片多芯MT-FA光傳輸架構(gòu)

多芯MT-FA光纖連接與三維光子互連的協(xié)同創(chuàng)新，正推動(dòng)光通信向更高集成度與更低功耗方向演進(jìn)。在800G/1.6T光模塊領(lǐng)域，MT-FA組件通過精密陣列排布技術(shù)，將光纖直徑壓縮至125微米量級，同時(shí)保持0.3dB以下的插入損耗。這種設(shè)計(jì)使得單個(gè)光模塊可集成128個(gè)并行通道，較傳統(tǒng)方案密度提升4倍。三維光子互連架構(gòu)則進(jìn)一步優(yōu)化了光信號的路由效率：通過波長復(fù)用技術(shù)，同一波導(dǎo)可同時(shí)傳輸16個(gè)不同波長的光信號，每個(gè)波長承載50Gbps數(shù)據(jù)流，總帶寬達(dá)800Gbps。在制造工藝層面，光子器件與MT-FA的集成采用28納米CMOS兼容工藝，通過深紫外光刻與反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)，在硅基底上構(gòu)建出三維光波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。這種工藝不僅降低了制造成本，更使光子互連層的厚度控制在5微米以內(nèi)，與電子芯片的堆疊間隙精確匹配。烏魯木齊三維光子芯片多芯MT-FA光傳輸架構(gòu)