宁波三维光子芯片多芯MT-FA光接口设计

从技术实现层面看，多芯MT-FA光组件的集成需攻克三大重要挑战：其一，高精度制造工艺要求光纤阵列的通道间距误差控制在±0.5μm以内，以确保与TSV孔径的精确对齐；其二，低插损特性需通过特殊研磨工艺实现，典型产品插入损耗≤0.35dB，回波损耗≥60dB，满足AI算力场景下长时间高负载运行的稳定性需求；其三，热应力管理要求组件材料与硅基板的热膨胀系数匹配度极高，避免因温度波动导致的层间剥离。实际应用中，该组件已成功应用于1.6T光模块的3D封装，通过将光引擎与电芯片垂直堆叠，使单模块封装体积缩小40%，同时支持800G至1.6T速率的无缝升级。在AI服务器背板互联场景下，MT-FA组件可实现每平方毫米10万通道的光互连密度，较传统方案提升2个数量级。这种技术突破不仅推动了三维芯片向更高集成度演进，更为下一代光计算架构提供了基础支撑，预示着光互连技术将成为突破内存墙功耗墙的重要驱动力。在三维光子互连芯片中，光路的设计和优化对于实现高速数据通信至关重要。宁波三维光子芯片多芯MT-FA光接口设计

三维光子芯片多芯MT-FA光传输架构通过立体集成技术，将多芯光纤阵列（MT-FA）与三维光子芯片深度融合，构建出高密度、低能耗的光互连系统。该架构的重要在于利用MT-FA组件的精密研磨工艺与阵列排布特性，实现多路光信号的并行传输。例如，采用42.5°全反射端面设计的MT-FA，可通过低损耗MT插芯将光纤阵列与光子芯片上的波导结构精确耦合，使12芯或24芯光纤在毫米级空间内完成光路对接。这种设计不仅解决了传统二维平面布局中通道密度受限的问题，还通过垂直堆叠的光子层与电子层，将发射器与接收器单元组织成多波导总线，每个总线支持四个波长通道的单独传输。实验数据显示，基于三维集成的80通道光传输系统，在20个波导总线的配置下，发射器单元只消耗50fJ/bit能量，接收器单元在-24.85dBm光功率下实现70fJ/bit的低功耗运行，较传统可插拔光模块能耗降低60%以上。南宁三维光子集成多芯MT-FA光耦合方案航天航空领域，三维光子互连芯片以高可靠性适应极端空间环境要求。

三维光子芯片多芯MT-FA光连接标准的制定，是光通信技术向高密度、低损耗方向演进的重要支撑。随着数据中心单模块速率从800G向1.6T跨越，传统二维平面封装已无法满足硅光芯片与光纤阵列的耦合需求。三维结构通过垂直堆叠技术，将多芯MT-FA（Multi-FiberArray）的通道数从12芯提升至48芯甚至更高，同时利用硅基波导的立体折射特性，实现模场直径（MFD）的精确匹配。例如，采用超高数值孔径（UHNA）光纤与标准单模光纤的拼接工艺，可将模场从3.2μm转换至9μm，插损控制在0.2dB以下。这种三维集成方案不仅缩小了光模块体积，更通过V槽基板的亚微米级精度（±0.3μm公差），确保多芯并行传输时的通道均匀性，满足AI算力集群对长时间高负载数据传输的稳定性要求。此外，三维结构还兼容共封装光学（CPO）架构，通过将MT-FA直接嵌入光引擎内部，减少外部连接损耗，为未来3.2T光模块的研发奠定物理层基础。

从技术实现路径看，三维光子集成多芯MT-FA方案需攻克三大重要难题：其一，多芯光纤阵列的精密对准。MT-FA的V槽pitch公差需控制在±0.5μm以内，否则会导致多芯光纤与光子芯片的耦合错位，引发通道间串扰。某实验通过飞秒激光直写技术，在聚合物材料中制备出自由形态反射器，将光束从波导端面定向耦合至多芯光纤，实现了1550nm波长下-0.5dB的插入损耗与±2.5μm的对准容差，明显提升了多芯耦合的工艺窗口。其二，三维异质集成中的热应力管理。由于硅基光子芯片与CMOS电子芯片的热膨胀系数差异，垂直互连时易产生应力导致连接失效。三维光子互连芯片的微环谐振器技术，实现高密度波长选择滤波。

三维光子互连芯片的多芯MT-FA光组件集成方案是光通信领域向高密度、低功耗方向发展的关键技术突破。该方案通过将多芯光纤阵列（MT）与扇出型光电器件（FA）进行三维立体集成，实现了光信号在芯片级的高效耦合与路由。传统二维平面集成方式受限于芯片面积和端口密度，而三维结构通过垂直堆叠和层间互连技术，可将光端口密度提升数倍，同时缩短光路径长度以降低传输损耗。多芯MT-FA集成方案的重要在于精密对准与封装工艺，需采用亚微米级定位技术确保光纤芯与光电器件波导的精确对接，并通过低应力封装材料实现热膨胀系数的匹配，避免因温度变化导致的性能退化。此外，该方案支持多波长并行传输，可兼容CWDM/DWDM系统，为数据中心、超算中心等高带宽场景提供每通道40Gbps以上的传输能力，明显提升系统整体能效比。三维光子互连芯片采用异质集成技术，整合不同功能模块提升集成度。辽宁多芯MT-FA光组件支持的三维芯片架构

智能电网建设中，三维光子互连芯片保障电力系统数据的安全高速传输。宁波三维光子芯片多芯MT-FA光接口设计

三维光子互连芯片在数据中心、高性能计算（HPC）、人工智能（AI）等领域具有广阔的应用前景。通过实现较低光信号损耗，可以明显提升数据传输的速率和效率，降低系统的功耗和噪声，为这些领域的发展提供强有力的技术支持。然而，三维光子互连芯片的发展仍面临诸多挑战，如工艺复杂度高、成本高昂、可靠性问题等。因此，需要持续投入研发力量，不断优化技术方案，推动三维光子互连芯片的产业化进程。实现较低光信号损耗是提升三维光子互连芯片整体性能的关键。通过先进的光波导设计、高效的光信号复用技术、优化的光子集成工艺以及创新的片上光缓存和光处理技术，可以明显降低光信号在传输过程中的损耗，提高数据传输的速率和效率。宁波三维光子芯片多芯MT-FA光接口设计