Intel在其2022年的创新大会上,展示了其硅光CPO采用的新型可插拔光学连接器,小豆芽这里做一点简单介绍。
对于传统的可插拔(pluggable)光模块, 典型的外壳形貌如下图所示,
(图片来自 https://www.linkedin.com/pulse/what-optical-transceiver-can-do-us-sunny-wei )
光模块可以灵活地插入到交换机上,如果遇到光模块损坏或者升级的情况,只需要替换掉相应的光模块,给系统维护带来了极大的便利,降低了成本,这也是可插拔光模块获得广泛应用的原因之一。这里强调下,可插拔光模块有两个端口,一端为光口,通过光纤与另一个光模块相连;另一端为电口,通过PCB上的金手指与交换机进行数据的交互。
对于CPO(co-packaged optics),光芯片与电芯片封装在一起,常见的封装形式如下图所示,将一段尾纤(pigtail)通过胶水粘到硅光芯片上,光纤的另一端为MPO连接器,
(图片来自https://www.servethehome.com/this-intel-silicon-photonics-connector-is-a-huge-deal/)
无论是Intel, Ayar Labs还是Ranovus,他们的CPO模块都选择了带尾纤的方案。该方案的主要问题之一,光纤粘接处需要精密地对准,随着通道数目的增加,对准误差越来越大,会带来额外的耦合损耗。耦合对准误差一定程度上限制了系统可支持了的通道数。此外,光纤粘接处也存在可靠性的问题,芯片工作时温度升高会带来一定的形变,导致耦合损耗增大。另外一点,这一小段保偏光纤,也带来了额外的成本。
Intel的可插拔光连接器方案,可以较好地解决高精度耦合对准的问题,也降低了成本。如下图所示,光纤阵列不再通过胶水粘接到光芯片上,而是通过插拔的方式进行光的耦入耦出,类似一个type-C接口, 插入到CPO模块中,
(图片来自https://www.servethehome.com/this-intel-silicon-photonics-connector-is-a-huge-deal/)
Intel没有公布具体的技术细节,但是提到了采用glass waveguide, 因此小豆芽猜测它采用了类似Corning的方案,硅基波导先通过模斑转换器,将MFD提高到与光纤MFD匹配,然后与玻璃波导相连,外部的可插拔光连接器通过机械的方式与玻璃波导对准,两者间有较大的对准容差,如下图所示,
(图片来自文献1)
以上是对Intel可插拔光连接器的简单介绍,该方案是CPO商用化进程中的重要里程碑,大家开始去关注和解决CPO模块可靠性与良率的问题。当然该方案对硅光fab提出了新的要求,需要有加工玻璃波导的能力,其是否被市场采纳接受,还有待进一步的检验。
参考文献: 1. L. Brusberg,et.al, "Glass Substrate With Integrated Waveguides for Surface Mount Photonic Packaging", Journ. Light. Tech. 39, 912(2021)