格芯康宁可拆卸玻璃波导连接器：硅光耦合损耗＜1.5dB

先说几个关键判断。AI和云计算的爆发式增长，已经把传统电互连的功耗和带宽逼到了墙角。光互连成为必然选择，而共封装光学（CPO）则是整个产业公认的演进方向。但CPO能不能大规模上量，一直卡在一个关键环节——光I/O接口。

不是做不出来，而是做出来之后，能不能低成本、高良率、可维护地量产。传统的方案，比如光纤贴装，要么依赖人工有源对准，要么装上去就拆不下来，维护和返修都是大的麻烦。

好在，新的技术突破正在解决这个困局。格芯和康宁最近拿出了一套看家本领：在格芯的硅光子平台上，无源集成康宁的可拆式GLASSBRIDGE™玻璃波导连接器。实测结果令人印象深刻——单端面无源耦合损耗低于1.5dB，偏振相关损耗小于0.5dB，光功率耐受高达280mW。这是为大规模CPO量产扫清障碍的一次成功验证。

一、CPO规模化落地的核心挑战

整个计算系统的功耗与数据瓶颈越来越让人头疼。传统电互连的信号完整性衰减和额外功耗已经很难再扛住下一代的带宽需求。光互连接管大局，只是时间问题。

CPO之所以成为光互连的核心方案，核心逻辑是将光引擎与电芯片在封装层级合二为一，最大限度缩短电信号路径，把功耗降下来，把性能提上去。硅光子技术凭借CMOS兼容的制造工艺，加上调制器、探测器、无源波导这些成熟器件生态，自然是最合适的实现平台。格芯GF Fotonix™技术就是典型代表：在300mm晶圆上单片集成硅光子与先进CMOS，已经走到了大规模量产的门槛前。

但别高兴太早。硅光芯片与外部光纤系统之间的光I/O接口，是块难啃的硬骨头。它必须同时做到低损耗、无源装配、高功率耐受，最好还得完全可拆装。传统的光纤贴装方案，不管是无源对准还是有源对准，在模块化、可返修性和量产效率上，都有明显短板。这直接限制了CPO在大批量制造和现场可维护系统中的应用。

二、双技术底座：硅光平台与玻璃波导连接器

这次方案的核心，是把格芯硅光平台上的精密对准结构，与康宁的玻璃波导连接器技术做了深度结合，两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，把高性能光电器件、电学电路和适配封装的后端结构全部整合到同一制造流程中。它支持O波段与C波段工作，器件库覆盖调制器、移相器、低损耗硅/氮化硅波导、光栅结构、光电二极管，同时还集成了CMOS逻辑、金属布线层与铜柱封装接口。一句话总结：该有的都有，而且量产级成熟度已经验证。

针对可拆连接器集成，有三项关键特性值得重点说说：

（1）氮化硅光斑尺寸转换器与V型槽边缘耦合结构

格芯的氮化硅基光斑尺寸转换器，相当于一个光学适配器。它能把硅波导里原本“很紧”的模场扩展成跟光纤/玻璃波导兼容的尺寸。这次专门设计成匹配康宁离子交换波导的9μm模场，从根源上最小化耦合损耗和偏振相关损耗。

与纯硅边缘耦合器相比，SiN基转换器还有一个隐藏优势：功率耐受能力更强。它可以抑制高光功率注入下常见的非线性吸收问题。整套模块能够实现280mW以上的功率耐受，这个设计功不可没。

配套的V型槽也是通过光刻刻蚀制备的，跟SSC输出端精确对准。这个结构原本是为光纤无源对准设计的，拿来配GLASSBRIDGE™连接器的波导接口同样合适。横向定位精度有保障，且与SSC在同一晶圆上共片制备，保证了空间对准一致性。

（2）用于无源垂直对准的机械Z限位结构

GF Fotonix™平台有一个标志性设计——片上集成的机械Z限位结构。最初是为了支持III-V族激光器的无源混合集成开发的，可以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。

这个设计在玻璃连接器贴装场景中发挥了大作用。它不需要实时光学优化，就可以提供一个确定的垂直参考面。Z轴对准的不确定性就此消除，保证SSC与玻璃波导的光模场在垂直方向上精确重合。无源对准可量产，靠的就是这个核心基础。

（3）用于XY对准的光刻基准标记

与Z限位结构配合，芯片上还通过光刻定义了高对比度的对准基准标记。这些标记可以作为光子封装设备中自动视觉系统的参考基准。它们构成确定性的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都通过光刻工艺制备，整套系统可以实现极高的绝对与相对定位精度。键合贴装全程不需要有源光反馈。

2.2 GLASSBRIDGE™连接器：离子交换工艺的可拆玻璃波导

康宁这边拿出的，是采用离子交换工艺制备的低损耗玻璃波导连接器。器件集成了导销结构，兼容基于TMT的插芯技术，形成一个薄型、可插拔的物理接触方案。关键的一点是，它还兼容完整集成所需的焊料回流工艺条件。

这个连接器可以把光信号路由至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，而且光学性能不会劣化。

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，是在具备亚微米贴装精度、多轴视觉对准与力控制能力的高精度光子封装平台上完成的。全程不依赖任何有源光反馈回路。设备负责精密的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。

对准过程靠两套互补机制实现：

1. 基于光刻基准的无源XY对准

硅芯片与玻璃连接器都配有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。由于两套标记都源自光刻工艺，它们的相对位置精度在晶圆与模块间高度可重复。不同装配单元之间的性能差异可以被压到最低。

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。整个过程不需要光学监控或有源对准，就实现了可重复的Z轴对准精度。每一只装配单元，Z轴位置都高度一致。

这套装配方案在量产上具备显著优势：

• 消除了操作人员个体差异和对光反馈的依赖，适配大批量制造场景，可以实现数千套单元的一致性装配；
• 不需要执行光功率最大化扫描，装配周期大幅缩短；
• 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。可拆接口即便经过多次插拔，光学性能也不会劣化。

最终装配完成的集成模块，包括硅光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

实验数据不会骗人。研究团队对装配完成的模块进行了全面的光学性能测试，核心指标全都达到了设计预期。

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。这个数字验证了SiN SSC与离子交换玻璃波导之间的高效模场传输。

TE偏振的光谱均匀性表现优异，全工作波段内波长相关的损耗波动小于0.2dB。这说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。研究团队也做了进一步分析：PDL的主要贡献其实来自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经赶上甚至超越了有源对准方案的水平。同时，它还具备了大规模量产的可制造性。这才是真正的价值所在。

2. 高功率耐受性能

光功率扫描测试给出了更直接的信号。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。功率正向攀升到反向回落的过程中，没有观察到任何可测量的迟滞效应。

这就意味着，在高功率条件下，SiN SSC与离子交换玻璃波导都没有出现热漂移、非线性吸收或耦合性能劣化。CPO光引擎的高发射功率工作要求，完全能够满足。

五、结语

这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的全无源对准集成方案。依托光刻定义的XY基准标记与确定性Z限位结构，整个方案拿下了<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。对于产业界来说，这不只是一次技术验证，更是一个信号：CPO大规模量产的瓶颈正在被逐一攻克。