ECTC 2026 | 格芯联合康宁推出可拆卸玻璃波导连接器：硅光无源耦合损耗＜1.5dB/facet，支持280mW光功率工作

一、CPO规模化落地的核心挑战

随着人工智能、云计算与高性能数据处理的快速发展，现代计算架构对带宽与数据传输能效的需求持续攀升。传统电互连在信号完整性与功耗上的瓶颈日益凸显，光互连凭借高带宽密度、低延迟与长传输距离的优势，成为下一代高容量系统的核心方案。

共封装光学（CPO）是光互连演进的核心方向，通过将光引擎在封装层级与电芯片集成，最大限度缩短电走线长度，降低传输功耗、提升系统性能。硅光子技术凭借CMOS兼容的制造工艺、高良率的光子器件集成能力，以及调制器、探测器、无源波导器件的成熟生态，成为CPO落地的核心技术载体。格芯GF Fotonix™技术便是在300mm晶圆上实现硅光子学与先进CMOS的单片集成，具备大规模量产的可扩展性与工艺成熟度。

但CPO的大规模部署仍面临关键瓶颈：硅光芯片与外部光纤系统之间的光I/O接口，需要同时满足低损耗、无源装配、高功率耐受、完全可拆装四大要求。传统的光纤贴装方案，无论无源对准还是有源对准，都难以兼顾模块化、可返修性与量产效率，无法适配CPO的大批量制造与现场可维护系统设计。

二、双技术底座：硅光平台与玻璃波导连接器

本次方案的核心，是将格芯硅光平台的精密对准结构，与康宁的玻璃波导连接器技术深度结合，二者共同构成了高性能可拆光接口的基础。

2.1 GF Fotonix™：集成对准能力的单片硅光平台

GF Fotonix™是基于300mm晶圆的单片硅光子平台，依托先进CMOS工艺，将高性能光电器件、电学电路与适配封装的后端结构在同一制造流程中集成。该平台支持O波段与C波段工作，覆盖数据通信与传感等多类场景，具备量产级的良率、均匀性与工艺成熟度；器件库涵盖调制器、移相器、低损耗硅/氮化硅波导、光栅结构、光电二极管，同时单片集成CMOS逻辑、金属布线层与铜柱封装接口。

针对本次可拆连接器集成，平台的三项核心特性起到了关键作用：

（1）氮化硅光斑尺寸转换器与V型槽边缘耦合结构

格芯的氮化硅（SiN）基光斑尺寸转换器（SSC），可将硅波导的紧束缚模场扩展至与光纤/玻璃波导兼容的模场直径。本次工作中，SSC专门设计为匹配康宁离子交换波导的9μm模场，从源头最小化耦合损耗与偏振相关损耗。

与纯硅边缘耦合器相比，SiN基转换器具备更优异的功率耐受能力，可抑制高光功率注入下的非线性吸收，这也是整套模块实现280mW以上功率耐受的核心基础。

配套的V型槽通过光刻刻蚀制备，与SSC输出端精确对准。该结构原本用于光纤的无源对准，其拓扑结构同样可适配GLASSBRIDGE™连接器的波导接口，在保证横向定位精度的同时，凭借与SSC的共片制备特性，保障了晶圆级的空间对准一致性。

（2）用于无源垂直对准的机械Z限位结构

GF Fotonix™平台的标志性特性之一，是片上集成的机械Z限位结构（Z-stops）。该结构最初为支持III-V族激光器的无源混合集成开发，可在硅光芯片与外部光子结构之间，提供亚微米级重复精度的垂直界面基准。

在玻璃连接器贴装场景中，Z限位结构无需实时光学优化，即可提供确定的垂直参考面，消除Z轴对准的不确定性，保证SSC与玻璃波导的光模场在垂直方向上重合于公差范围内，是无源对准可量产的核心基础。

（3）用于XY对准的光刻基准标记

与Z限位结构配合，芯片上通过光刻定义了高对比度的对准基准标记（Fiducials），可作为光子封装设备中自动视觉系统的参考基准。这些标记构成确定性的XY参考网格，与GLASSBRIDGE™连接器上的对应标记精准匹配。

由于硅片与玻璃上的对准标记均通过光刻工艺制备，整套系统可实现极高的绝对与相对定位精度，键合贴装全程无需有源光反馈。

2.2 GLASSBRIDGE™连接器：离子交换工艺的可拆玻璃波导

康宁的GLASSBRIDGE™连接器采用离子交换工艺制备低损耗玻璃波导，器件集成导销结构，兼容基于TMT的插芯技术，形成薄型、可插拔的物理接触方案，且兼容完整集成所需的焊料回流工艺条件。

该连接器可将光信号路由至MT插芯兼容的连接器接口，形成模块化的光输入/输出端口，支持反复装配、拆卸与更换，且不劣化光学性能。

三、全无源装配方案：兼顾精度与量产效率

整套PIC与GLASSBRIDGE™连接器的集成，在具备亚微米贴装精度、多轴视觉对准与控制力施加能力的高精度光子封装平台上完成，全程不依赖任何有源光反馈回路。集成流程中，设备完成精密的XY方向贴装，垂直方向的高度则由PIC自带的Z限位结构精确限定。

对准过程依托两套互补机制实现：

1. 基于光刻基准的无源XY对准

硅芯片与玻璃连接器均配备高对比度的光刻对准标记，PIC侧的标记紧邻SSC/V型槽区域布置，最大限度减小视觉系统带来的偏移误差。由于两套标记均源自光刻工艺，其相对位置精度在晶圆与模块间具备高度可重复性，可将器件间的性能差异降至最低。

2. 基于机械限位的确定性Z轴对准

贴装过程中，PIC上的机械Z限位结构会物理限制GLASSBRIDGE™连接器的下行位移，直接定义硅SSC端面与离子交换波导之间的最终垂直间距。该过程无需光学监控或有源对准，即可实现可重复的Z轴对准精度，保证所有装配单元的Z轴位置高度一致。

这套装配方案具备显著的量产优势：

- 消除了操作人员个体差异与对光反馈的依赖，适配大批量制造场景，可实现数千套单元的一致性装配；

- 无需执行光功率最大化扫描，大幅缩短装配周期；

- SSC模场扩展与确定性Z对准结合，让耦合接口对微小机械公差的敏感度极低，可支撑多次插拔的可拆接口需求，反复对接不会劣化光学性能。

最终装配完成的集成模块包含硅光PIC、GLASSBRIDGE™连接器，以及可拆装的MT兼容连接器接口，结构紧凑，为规模化CPO集成、现场可更换光接口、低对准敏感度的系统级设计提供了可行路径。

四、实测性能验证

研究团队对装配完成的模块进行了全面的光学性能测试，核心指标均达到设计预期。

1. 插入损耗与偏振相关损耗

在TE与TM两种偏振态下的测试结果显示，TE偏振平均插入损耗为1.44dB/端面，TM偏振平均插入损耗为1.75dB/端面，验证了SiN SSC与离子交换玻璃波导之间的高效模场传输。

TE偏振的光谱均匀性优异，全工作波段内波长相关的损耗波动小于0.2dB，证明耦合界面状态稳定，工作波段内色散影响极小。

通过TE与TM偏振的损耗对比，整体偏振相关损耗（PDL）约为0.3dB，与扩模边缘耦合机制、玻璃波导矩形折射率分布的理论预期一致。研究团队分析，PDL的主要贡献来自PIC内部TM模式的额外波导损耗，光I/O接口本身的真实PDL预计小于0.1dB。

整体来看，这套全无源装配方案的耦合性能已达到有源对准方案的水平，同时具备大规模量产的可制造性。

2. 高功率耐受性能

光功率扫描测试显示，在输入功率最高达280mW的条件下，模块插入损耗始终保持平稳；功率正向攀升与反向回落的过程中，未测得可观测的迟滞效应。

该结果证明，在高功率条件下，SiN SSC与离子交换玻璃波导均未出现热漂移、非线性吸收或耦合性能劣化，完全满足CPO光引擎高发射功率的工作要求。

五、结语

本次工作首次验证了完全可拆式GLASSBRIDGE™连接器，在格芯硅光平台上通过全无源对准流程的集成方案。整套方案依托光刻定义的XY基准标记与确定性Z限位结构，实现了<1.5dB/端面的插入损耗、约0.3dB的偏振相关损耗，以及280mW下的稳定工作性能。