OFC 2025: 可插拔光连接器

光学小豆芽

发布于 2025-07-08 09:22:13

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CPO是今年OFC大会上的讨论焦点，而可插拔光连接器(detachable optical connector)作为CPO的关键组成部分，是实现CPO在量产过程中可测试性与高可靠性等需求的决定因素之一。小豆芽这里汇总下目前的主要几种解决方案，方便大家参考。

按照PIC芯片的光口界面来分类，光学耦合部分可以简单拆解成3部分，如下图所示，即两个光学界面与中间相连部分。第一光学界面A为与edge coupler直接相连部分，该部分可以是光纤直接胶水粘接，也可以是Teramount的方案，在PIC芯片上加工一些特殊结构，第二光学界面C是光纤阵列与外部光纤连接器的连接部分，例如FAU连接到MT连接器，而两个光学界面之间的部分B，可以是光纤束或者玻璃、聚合物波导。可插拔光连接器的可插拔部分主要是指第二光学界面，而不同公司则通过设计不同的A/B方案，实现C的可插拔。

1. Ayar Labs

Ayar Labs在今年OFC大会上展示了其可插拔光连接器的技术细节，如下图所示。TeraPHY芯片上通过V-groove实现边缘耦合，光纤阵列的一侧放置在V-groove中，并通过胶水与PIC固化在一起，另外一侧与MOLA连接器(multi-channel optical connector with lens array)相连。

MOLA连接器通过在光纤阵列上粘接透镜，将光束进行扩束，降低耦合容差的要求，从而实现连接器间的无源对准，X/Y方向的容差为±6um, Z方向(传播方向)的容差为±600um。该方案与Broadcom的方案原理类似，区别在于Broadcom直接在PIC芯片的端面与FAU上粘接透镜。Ayar Labs验证了10次插拔后的光学插损，插损在0.5dB左右，插损值变化在0.1dB以内。此外为了防止灰尘进入到FA界面上，Ayar Labs还在MOLA中引入了密封盖的设计，对光口进行保护。

2. Corning

Corning充分发挥其在玻璃加工工艺上的技术积累，使用glass waveguide作为中间的桥梁，实现了基于玻璃波导的可插拔光连接器。在玻璃中通过离子交换形成靠近表面的光波导，与PIC芯片中的SIN波导通过倏逝波耦合(evanescent coupling)实现光场的转移，如下图所示。氮化硅波导的尺寸为700nm*350nm, PIC芯片与Glass芯片之间通过胶水粘接，厚度约为1um。该光学界面在1310nm处的典型耦合损耗为1.5dB。

在玻璃芯片加工出与fiber pitch匹配的扇出波导，并在玻璃芯片的另一端与光纤进行耦合，耦合损耗约为0.8dB。Corning进一步在玻璃芯片上粘接一个带有guide pin的玻璃盖，并通过这一机械结构与MT连接器相连，实现可插拔的功能。整体的可插拔光连接器结构如下图所示。Corning通过Glass芯片作为光芯片与光纤阵列连接的桥梁，而不是直接使用光纤与光芯片耦合。目前这一方案各个子模块的功能都已经验证完毕，整体的耦合损耗在2.5dB左右，后续将组合成最终的可插拔光连接器进行验证。

3. Teramount

Teramount与硅光foundry、OSAT等合作，利用其特有的Photonic-Bump与Photonic-Plug技术，将第一光学界面的耦合对准难题转换成晶圆级的加工，如下图所示。

Photonic-bump将一些提前加工好的微棱镜放置在硅光wafer上，对光束传播方向进行偏折。进一步借助于Photonic-Plug中的凹面镜等，对光束进行扩束，降低耦合容差的要求，经过多个凹面镜多次来回反射，光束最终进入到光纤阵列中，如下图所示。而在光纤的另一端，通过一些机械结构的设计，实现可插拔功能。

4. Furukawa

古河采用的方案像是Corning与Ayar Labs两家方案的结合体，首先将PIC芯片贴到玻璃基板上，两者之间通过倏逝波耦合，古河没有展示这部分的技术细节。在玻璃基板中加工出光波导，光波导传递到基板边缘。在玻璃基板与光纤阵列的两个端面处分别粘接透镜阵列，通过透镜阵列实现光束的扩束，从而降低耦合对准的精度要求，实现可插拔光连接器，如下图所示。

古河验证了该光学连接器在260℃ reflow工艺前后的性能，reflow前后的插损变化小于0.14dB。

5. Intel

Intel利用飞秒加工的方法加工出glass optical bridge，作为PIC芯片与FA之间的桥梁，实现可插拔光连接器。Intel的方案细节，这里不再赘述，可以参看这篇笔记Intel的可插拔光连接器揭秘。

以上是对当前几种可插拔光连接器方案的简介，虽然其目前还没有统一的标准规范，各个厂商各显神通。按照Ayar Labs的光口分类方式，我们再看一下不同家方案的差异，如下表所示。博通的可插拔光连接器方案较为简单，通过lens array进行扩束，降低了耦合精度的要求。Ayar Labs则在此基础上引入了V-groove, 古河则引入了glass波导。Corning与Intel两家则基于其对玻璃的微加工能力，将玻璃波导作为PIC与FAU之间的桥梁。Teramount则另辟蹊径，将加工好的微型光学元件，在OSAT组装到硅光晶圆上。可插拔光连接器作为CPO最为重要的组件之一，是CPO实现量产必须解决的难题之一，帮助筛选出KGD, 消除了光纤粘接过程中带来的良率损失。可插拔光连接器的商业模式，还有待商榷，更加可能是一整套CPO解决方案的组成部分，而不是以光器件的形式单独出售。