長(zhǎng)沙3D光波導(dǎo)

高密度多芯MT-FA光組件的三維集成芯片技術(shù)，是光通信領(lǐng)域突破傳統(tǒng)物理限制的關(guān)鍵路徑。該技術(shù)通過將多芯光纖陣列（MT-FA）與三維集成工藝深度融合，在垂直方向上堆疊光路層、信號(hào)處理層及控制電路層，實(shí)現(xiàn)了光信號(hào)傳輸與電學(xué)功能的立體協(xié)同。以400G/800G光模塊為例，MT-FA組件通過42.5°精密研磨工藝形成端面全反射結(jié)構(gòu)，配合低損耗MT插芯與亞微米級(jí)V槽定位技術(shù)，使多芯光纖的通道間距公差控制在±0.5μm以內(nèi)，從而在單芯片內(nèi)集成12至24路并行光通道。這種設(shè)計(jì)不僅將傳統(tǒng)二維布局的布線密度提升3倍以上，更通過三維堆疊縮短了層間互連距離，使信號(hào)傳輸延遲降低40%，功耗減少25%。在AI算力集群中，該技術(shù)可支持單模塊800Gbps的傳輸速率，滿足大模型訓(xùn)練時(shí)每秒PB級(jí)數(shù)據(jù)交互的需求，同時(shí)其緊湊結(jié)構(gòu)使光模塊體積縮小60%，為數(shù)據(jù)中心高密度部署提供了物理基礎(chǔ)。三維光子互連芯片突破傳統(tǒng)二維限制，實(shí)現(xiàn)立體光信號(hào)傳輸，提升信息交互效率。長(zhǎng)沙3D光波導(dǎo)

在工藝實(shí)現(xiàn)層面，三維光子耦合方案對(duì)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(jí)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(tái)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(jí)對(duì)準(zhǔn)，并通過環(huán)氧樹脂低溫固化工藝確保長(zhǎng)期穩(wěn)定性。測(cè)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(jí)光互聯(lián)系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。蘭州3D光芯片Lightmatter的L200系列芯片，通過模塊化設(shè)計(jì)加速AI硬件迭代周期。

三維光子互連系統(tǒng)的架構(gòu)創(chuàng)新進(jìn)一步放大了多芯MT-FA的技術(shù)效能。通過將光子器件層（含激光器、調(diào)制器、探測(cè)器）與電子芯片層進(jìn)行3D異質(zhì)集成，系統(tǒng)可構(gòu)建垂直耦合的光波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)在三維空間內(nèi)的精確路由。這種結(jié)構(gòu)使光路徑長(zhǎng)度縮短60%以上，傳輸延遲降至皮秒級(jí)，同時(shí)通過波分復(fù)用（WDM）與偏振復(fù)用技術(shù)的協(xié)同，單根多芯光纖的傳輸容量可擴(kuò)展至1.6Tbps。在制造工藝層面，原子層沉積（ALD）技術(shù)被用于制備共形薄層介質(zhì)膜，確保深寬比20:1的微型TSV（硅通孔）實(shí)現(xiàn)無缺陷銅填充，從而將垂直互連密度提升至每平方毫米10^4個(gè)通道。實(shí)際應(yīng)用中，該系統(tǒng)已驗(yàn)證在800G光模塊中支持20公里單模光纖傳輸，誤碼率低于10^-12，且在-40℃至85℃寬溫范圍內(nèi)保持性能穩(wěn)定。更值得關(guān)注的是，其模塊化設(shè)計(jì)支持光路動(dòng)態(tài)重構(gòu)，通過軟件定義光網(wǎng)絡(luò)（SDN）技術(shù)可實(shí)時(shí)調(diào)整波長(zhǎng)分配與通道配置，為AI訓(xùn)練集群、超級(jí)計(jì)算機(jī)等高并發(fā)場(chǎng)景提供靈活的帶寬資源調(diào)度能力。這種技術(shù)演進(jìn)方向正推動(dòng)光通信從連接通道向智能傳輸平臺(tái)轉(zhuǎn)型，為6G通信、量子計(jì)算等未來技術(shù)奠定物理層基礎(chǔ)。

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(hào)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(hào)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(zhǎng)、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(chǎng)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。5G 基站建設(shè)加速，三維光子互連芯片為海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸提供可靠支撐。

多芯MT-FA光組件作為三維光子互連技術(shù)的重要載體，通過精密的多芯光纖陣列設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了光信號(hào)在微米級(jí)空間內(nèi)的高效并行傳輸。其重要優(yōu)勢(shì)在于將多根單模/多模光纖以陣列形式集成于MT插芯中，配合45°或8°~42.5°的定制化端面研磨工藝，形成全反射光路，使光信號(hào)在芯片間傳輸時(shí)的插入損耗可低至0.35dB，回波損耗超過60dB。這種設(shè)計(jì)不僅突破了傳統(tǒng)電子互連的帶寬瓶頸，更通過三維堆疊技術(shù)將光子器件與電子芯片直接集成，例如在800G/1.6T光模塊中，MT-FA組件可承載2304條并行光通道，單位面積數(shù)據(jù)密度達(dá)5.3Tb/s/mm2，相比銅線互連的能效提升超90%。其應(yīng)用場(chǎng)景已從數(shù)據(jù)中心擴(kuò)展至AI訓(xùn)練集群，在400G/800G光模塊中，MT-FA通過保偏光纖陣列與硅光芯片的耦合，實(shí)現(xiàn)了80通道并行傳輸下的總帶寬800Gb/s，單比特能耗只50fJ，為高密度計(jì)算提供了低延遲、高可靠性的光互連解決方案。三維光子互連芯片的故障檢測(cè)技術(shù)研發(fā)，提升設(shè)備運(yùn)維的效率與準(zhǔn)確性。紹興3D光波導(dǎo)

邊緣計(jì)算設(shè)備升級(jí)，三維光子互連芯片推動(dòng)終端數(shù)據(jù)處理能力大幅提升。長(zhǎng)沙3D光波導(dǎo)

三維光子芯片與多芯MT-FA光傳輸技術(shù)的融合，正在重塑高速光通信領(lǐng)域的底層架構(gòu)。傳統(tǒng)二維光子芯片受限于平面波導(dǎo)的物理約束，難以實(shí)現(xiàn)高密度光路集成與低損耗層間耦合，而三維光子芯片通過垂直堆疊波導(dǎo)、微反射鏡陣列或垂直光柵耦合器等創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，突破了二維平面的空間限制。這種三維架構(gòu)不僅允許在單芯片內(nèi)集成更多光子功能單元，還能通過層間光學(xué)互連實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的立體傳輸，明顯提升系統(tǒng)帶寬密度。例如，采用垂直光柵耦合器的三維光子芯片可將光信號(hào)在堆疊層間高效衍射傳輸，結(jié)合42.5°全反射設(shè)計(jì)的多芯MT-FA光纖陣列，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)80個(gè)光通道的并行傳輸，在0.15平方毫米的區(qū)域內(nèi)達(dá)成800Gb/s的聚合數(shù)據(jù)速率。這種技術(shù)路徑的關(guān)鍵在于，三維光子芯片的垂直互連結(jié)構(gòu)與多芯MT-FA的精密對(duì)準(zhǔn)工藝形成協(xié)同效應(yīng)——前者提供立體光路傳輸能力，后者通過V形槽基片與低損耗MT插芯確保多芯光纖的精確耦合，兩者結(jié)合使光信號(hào)在芯片-光纖-芯片的全鏈路中保持極低損耗。長(zhǎng)沙3D光波導(dǎo)