IEDM2024：TSMC的硅光封装

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mp.weixin.qq.com, Dec. 18, 2024 – 

接着上篇，硅光彻底改变集成光学领域，为大规模生产的光学电路提供一个新颖而强大的平台。光耦合器是将光从光纤耦合到平面波导的重要接口。在量产中，光耦合器是诸多问题中较大的一个，比如耦合损耗大，要么增大光源功率（增加可靠性风险），要么将压力给到其他硅光器件（设计难保证），又如封装良率低，造成传统端口数不能特别多，各有各的问题。光纤到芯片耦合器主要有两种：光栅耦合器（GC）和边缘耦合器（EC）。

当使用GC作为光的输入/输出端口时，虽然在处理多排光纤方面要方便得多，但通常在入射角、偏振态、带宽和更高的耦合损耗方面有很大的限制。

基于未来的多波长应用需求， EC因其宽带性能、偏振相关性和高耦合效率而成为光学元件I/O端口的更好候选者，但它受到端口数量限制，每行最大光纤数也受到前翘曲限制。

目前主流的两种光纤耦合器技术都无法满足所有三个带宽可扩展性要求：每根光纤带宽、每行光纤数和行数。TSMC开发了EPIC-BOE方案，是一款完全基于IC技术的宽带、多排和垂直光纤耦合器，旨在满足所有可扩展性需求。

1、宽带

EPIC-OE旨在提供一种通用而通用的宽带OE解决方案，由三部分组成：COUPE， COIT（顶部互补光互连）和iFAU（集成光纤阵列单元）。从图中可以看出，其将垂直光栅耦合器（GC）与嵌入式微透镜集成在一起，用于降低耦合损耗和提升宽带特性。其主要特点是，采用双排FAU的COIT，光纤末端是TMR，将光反射到错开的PIC上，本身GC损耗1.3dB，由于内嵌的微透镜，使得耦合损耗进一步降低，带宽也同步提升。

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