近日，日本研究人员开发出一种聚合物波导，其在复杂芯片封装中的性能表现与当前主流的共封装光学（CPO）方案相当。这一创新不仅有望降低芯片光互连成本，还能在提升数据传输速率的同时，显著降低能耗。

CPO系统在设计中通常需要激光源的支持，该激光源可以直接集成在硅光子芯片（PIC）上，或由外部模块提供。集成激光源虽然可以带来更高的系统紧凑性和更丰富的互连能力，但其长期可靠性仍具挑战，若出现失效，可能影响整个系统的稳定运行。相比之下，采用外部激光源的CPO架构在可靠性方面更具优势。

日本国家先进工业科学技术研究所（AIST）Satoshi Suda博士领导的研究团队，聚焦于在玻璃环氧树脂基板（FR4）上制备的单模聚合物波导，测试其光学性能及长期稳定性。该波导设计可直接与标准单模光纤对接，为CPO系统的低成本、高密度部署提供了新思路。

“聚合物波导在高要求的CPO系统中展现出巨大的应用潜力，因此我们着重评估了其在玻璃环氧树脂基板上的基本光学特性，”Suda博士表示。

研究团队采用直接激光写入（DLW）技术，在FR4基板上制造出长度为11毫米的聚合物波导。其核心尺寸为9.0 μm × 7.0 μm，精度高且与单模光纤匹配性良好。实验数据显示，这些波导具有优异的光学性能：偏振相关损耗（PDL）低于0.5 dB，差分群延迟（DGD）低于0.2 ps，且在8个样品中性能高度一致。插入损耗和模场尺寸等关键参数波动极小，说明其具备良好的量产一致性和工艺稳定性。

PDL和DGD的低值对CPO系统至关重要，可显著减少信号失真，确保高速数据在系统内的稳定传输。研究人员指出，波导间插损和模场尺寸变化的控制意味着其具备作为节能型光互连方案的实际可行性，非常适合在CPO架构中部署。

此外，这种聚合物波导还展现出优异的偏振消光比（PER），表明其具备维持特定偏振状态信号传输的能力。研究团队对CWDM4标准的四个工作波长（1271、1291、1311、1331 nm）进行了测试，所有波长的PER均超过20 dB，符合光互连论坛（OIF）制定的基于外部激光源CPO系统的技术规范。

在稳定性测试中，研究人员使用古川电工（Furukawa Electric）的外部激光器，在高功率（20 dBm）条件下对这些波导进行了6小时的连续点亮测试。结果表明，即使在高功率激光照射下，波导也没有出现明显的功率衰减。热分析进一步验证了其热稳定性，在持续工作状态下的最大温升仅为4.4°C，与理论预期高度一致。

Suda博士总结道：“我们的研究表明，聚合物波导在高密度、高带宽的CPO系统中具备出色的可靠性与稳定性，显示出其在下一代光互连架构中被大规模部署的巨大潜力。它为未来高容量光通信技术的发展提供了坚实基础。”

随着数据中心带宽需求持续增长、AI算力架构不断演进，低功耗、高密度的光电共封装技术已成为行业热点。聚合物波导因其低成本、高灵活性以及与现有PCB工艺的良好兼容性，或将成为推动CPO大规模商业化应用的重要关键之一。