寧夏三維光子集成多芯MT-FA光收發(fā)模塊

從技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑看，三維光子集成多芯MT-FA方案的重要?jiǎng)?chuàng)新在于光子-電子協(xié)同設(shè)計(jì)與制造工藝的突破。光子層采用硅基光電子平臺(tái)，集成基于微環(huán)諧振器的調(diào)制器、鍺光電二極管等器件，實(shí)現(xiàn)電-光轉(zhuǎn)換效率的優(yōu)化；電子層則通過(guò)5nm以下先進(jìn)CMOS工藝，構(gòu)建低電壓驅(qū)動(dòng)電路，如發(fā)射器驅(qū)動(dòng)電路采用1V電源電壓與級(jí)聯(lián)高速晶體管設(shè)計(jì)，防止擊穿的同時(shí)降低開(kāi)關(guān)延遲。多芯MT-FA的制造涉及高精度光纖陣列組裝技術(shù)，包括V槽紫外膠粘接、端面拋光與角度控制等環(huán)節(jié)，其中V槽pitch公差需控制在±0.5μm以內(nèi)，以確保多芯光纖的同步耦合。在實(shí)際部署中，該方案可適配QSFP-DD、OSFP等高速光模塊形態(tài)，支持從400G到1.6T的傳輸速率升級(jí)。相比電子通信，三維光子互連芯片具有更低的功耗和更高的能效比。寧夏三維光子集成多芯MT-FA光收發(fā)模塊

從工藝實(shí)現(xiàn)層面看，多芯MT-FA的部署需與三維芯片制造流程深度協(xié)同。在芯片堆疊階段，MT-FA的陣列排布精度需達(dá)到亞微米級(jí)，以確保與上層芯片光接口的精確對(duì)準(zhǔn)。這一過(guò)程需借助高精度切割設(shè)備與重要間距測(cè)量技術(shù)，通過(guò)優(yōu)化光纖陣列的端面研磨角度（8°~42.5°可調(diào)），實(shí)現(xiàn)與不同制程芯片的光路匹配。例如，在存儲(chǔ)器與邏輯芯片的異構(gòu)堆疊中，MT-FA組件可通過(guò)定制化通道數(shù)量（4/8/12芯可選）與保偏特性，滿足高速緩存與計(jì)算單元間的低時(shí)延數(shù)據(jù)交互需求。同時(shí)，MT-FA的耐溫特性（-25℃~+70℃工作范圍）使其能夠適應(yīng)三維芯片封裝的高密度熱環(huán)境，配合200次以上的插拔耐久性，保障了系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性。這種部署模式不僅提升了三維芯片的集成度，更通過(guò)光互連替代部分電互連，將層間信號(hào)傳輸功耗降低了30%以上，為高算力場(chǎng)景下的能效優(yōu)化提供了關(guān)鍵支撐。青?；诙嘈綧T-FA的三維光子互連標(biāo)準(zhǔn)三維光子互連芯片的模塊化設(shè)計(jì)，便于后期功能擴(kuò)展與技術(shù)升級(jí)維護(hù)。

三維光子集成工藝對(duì)多芯MT-FA的制造精度提出了嚴(yán)苛要求，其重要挑戰(zhàn)在于多物理場(chǎng)耦合下的工藝穩(wěn)定性控制。在光纖陣列制備環(huán)節(jié)，需采用DISCO高精度切割機(jī)實(shí)現(xiàn)V槽邊緣粗糙度小于50nm，配合精工Core-pitch檢測(cè)儀將通道間距誤差控制在±0.3μm以內(nèi)。端面研磨工藝則需通過(guò)多段式拋光技術(shù)，使42.5°反射鏡面的曲率半徑偏差不超過(guò)0.5%，同時(shí)保持光纖凸出量一致性在±0.1μm范圍內(nèi)。在三維集成階段，層間對(duì)準(zhǔn)精度需達(dá)到亞微米級(jí)，這依賴于飛秒激光直寫(xiě)技術(shù)對(duì)耦合界面的精確修飾。通過(guò)優(yōu)化光柵耦合器的周期參數(shù)，可使層間傳輸損耗降低至0.05dB/界面，配合低溫共燒陶瓷中介層實(shí)現(xiàn)熱膨脹系數(shù)匹配，確保在-40℃至85℃工作溫度范圍內(nèi)耦合效率波動(dòng)小于5%。實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，采用該工藝的12通道MT-FA組件在800Gbps速率下，連續(xù)工作72小時(shí)的誤碼率始終維持在10^-15量級(jí)，充分驗(yàn)證了三維集成工藝在高速光通信場(chǎng)景中的可靠性。這種技術(shù)演進(jìn)不僅推動(dòng)了光模塊向1.6T及以上速率邁進(jìn)，更為6G光子網(wǎng)絡(luò)、量子通信等前沿領(lǐng)域提供了可擴(kuò)展的集成平臺(tái)。

標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程的推進(jìn)，需解決三維多芯MT-FA在材料、工藝與測(cè)試環(huán)節(jié)的技術(shù)協(xié)同難題。在材料層面，全石英基板與耐高溫環(huán)氧樹(shù)脂的復(fù)合應(yīng)用，使光連接組件能適應(yīng)-40℃至85℃的寬溫工作環(huán)境，同時(shí)降低熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致的應(yīng)力開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。工藝方面，高精度研磨技術(shù)將光纖端面角度控制在42.5°±0.5°范圍內(nèi)，配合低損耗MT插芯的鍍膜處理，使反射率優(yōu)于-55dB，滿足高速信號(hào)傳輸?shù)目垢蓴_需求。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)則聚焦于多通道同步監(jiān)測(cè)，通過(guò)引入光學(xué)頻域反射計(jì)（OFDR），可實(shí)時(shí)檢測(cè)48芯通道的插損、回?fù)p及偏振依賴損耗（PDL），確保每一路光信號(hào)的傳輸質(zhì)量。當(dāng)前，行業(yè)正推動(dòng)建立覆蓋設(shè)計(jì)、制造、驗(yàn)收的全鏈條標(biāo)準(zhǔn)體系，例如規(guī)定三維MT-FA的垂直堆疊層間對(duì)齊誤差需小于1μm，以避免通道間串?dāng)_。這些標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，將加速光模塊從400G向1.6T及更高速率的迭代，同時(shí)推動(dòng)三維光子芯片在超級(jí)計(jì)算機(jī)、6G通信等領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用。研究機(jī)構(gòu)發(fā)布報(bào)告，預(yù)測(cè)未來(lái)五年三維光子互連芯片市場(chǎng)規(guī)模將快速增長(zhǎng)。

多芯MT-FA光纖連接器的技術(shù)演進(jìn)正推動(dòng)光互連向更復(fù)雜的系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用延伸。在高性能計(jì)算領(lǐng)域，其通過(guò)模分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)了少模光纖與多芯光纖的混合傳輸，單根連接器可同時(shí)承載16個(gè)空間模式與8個(gè)波長(zhǎng)通道，使超級(jí)計(jì)算機(jī)的光互連帶寬突破拍比特級(jí)。針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備的低功耗需求，連接器采用保偏光子晶體光纖與擴(kuò)束傳能光纖的組合設(shè)計(jì)，在保持偏振態(tài)穩(wěn)定性的同時(shí)，將光信號(hào)傳輸距離擴(kuò)展至200米，誤碼率控制在10?12量級(jí)。制造工藝層面，高精度V型槽基片的加工精度已達(dá)±0.5μm，配合自動(dòng)化組裝設(shè)備，可使光纖凸出量控制誤差小于0.2mm，確保多芯并行傳輸?shù)耐ǖ谰鶆蛐?。此外，連接器套管材料從傳統(tǒng)陶瓷向玻璃陶瓷轉(zhuǎn)型，線脹系數(shù)與光纖纖芯的匹配度提升60%，抗彎強(qiáng)度達(dá)500MPa，有效降低了溫度波動(dòng)引起的附加損耗。隨著硅光集成技術(shù)的成熟，模場(chǎng)轉(zhuǎn)換MFD-FA連接器已實(shí)現(xiàn)3.2μm至9μm的模場(chǎng)直徑自適應(yīng)耦合，支持從數(shù)據(jù)中心到5G前傳的多場(chǎng)景應(yīng)用。這種技術(shù)迭代不僅解決了傳統(tǒng)光纖連接器在芯片內(nèi)部應(yīng)用的彎曲半徑限制，更為未來(lái)全光計(jì)算架構(gòu)提供了可量產(chǎn)的物理層解決方案。通過(guò)三維光子互連芯片，可以構(gòu)建出高密度的光互連網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的快速傳輸與處理。青?；诙嘈綧T-FA的三維光子互連標(biāo)準(zhǔn)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中，三維光子互連芯片保障設(shè)備間高速、低延遲數(shù)據(jù)交互。寧夏三維光子集成多芯MT-FA光收發(fā)模塊

在光電融合層面，高性能多芯MT-FA的三維集成方案通過(guò)異構(gòu)集成技術(shù)將光學(xué)無(wú)源器件與有源芯片深度融合，構(gòu)建了高密度、低功耗的光互連系統(tǒng)。例如，將光纖陣列與隔離器、透鏡陣列（LensArray）進(jìn)行一體化封裝，利用UV膠與353ND系列混合膠水實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)粘接與光學(xué)定位，既簡(jiǎn)化了光模塊的耦合工序，又通過(guò)隔離器的單向傳輸特性抑制了光反射噪聲，使信號(hào)誤碼率降低至10^-12以下。針對(duì)硅光子集成場(chǎng)景，模場(chǎng)直徑轉(zhuǎn)換（MFD）FA組件通過(guò)拼接超高數(shù)值孔徑單模光纖與標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，實(shí)現(xiàn)了模場(chǎng)從3.2μm到9μm的無(wú)損過(guò)渡，配合三維集成工藝將波導(dǎo)層厚度控制在200μm以內(nèi)，使光耦合效率提升至95%。此外，該方案支持定制化設(shè)計(jì)，可根據(jù)客戶需求調(diào)整端面角度、通道數(shù)量及波長(zhǎng)范圍，例如在相干光通信系統(tǒng)中，保偏型MT-FA通過(guò)V槽固定保偏光纖帶，維持光波偏振態(tài)的穩(wěn)定性，結(jié)合AWG（陣列波導(dǎo)光柵）實(shí)現(xiàn)4通道CWDM4信號(hào)的復(fù)用與解復(fù)用，單根光纖傳輸容量可達(dá)1.6Tbps。這種高度靈活的三維集成架構(gòu)，為數(shù)據(jù)中心、超級(jí)計(jì)算機(jī)等場(chǎng)景提供了從100G到1.6T速率的全系列光互連解決方案。寧夏三維光子集成多芯MT-FA光收發(fā)模塊