三维光子芯片的研发正推动光互连技术向更高集成度与更低能耗方向突破。传统光通信系统依赖镜片、晶体等分立器件实现光路调控，而三维光子芯片通过飞秒激光加工技术在微纳米尺度构建复杂波导结构，将光信号产生、复用与交换功能集成于单一芯片。例如，基于轨道角动量（OAM）模式的三维光子芯片，可在芯片内部实现多路信号的空分复用（SDM），通过沟槽波导设计完成OAM模式的产生、解复用及交换。实验数据显示，该芯片输出的OAM模式相位纯度超过92%，且偏振态稳定性优异，双折射效应极低。这种设计不仅突破了传统复用方式（如波长、偏振）的容量限制，更通过片上集成大幅降低了系统复杂度与功耗。在芯片间光互连场景中，三维光子芯片与单模光纤耦合后，可实现两路OAM模式复用传输，串扰低于-14.1dB，光信噪比（OSNR）代价在误码率3.8×10⁻³时分别小于1.3dB和3.5dB，验证了其作为下一代光互连重要器件的潜力。在线游戏领域，三维光子互连芯片降低数据传输延迟，提升玩家沉浸式体验。上海三维光子集成多芯MT-FA光传输组件
三维光子互连系统的架构创新进一步放大了多芯MT-FA的技术效能。通过将光子器件层（含激光器、调制器、探测器）与电子芯片层进行3D异质集成，系统可构建垂直耦合的光波导网络，实现光信号在三维空间内的精确路由。这种结构使光路径长度缩短60%以上，传输延迟降至皮秒级，同时通过波分复用（WDM）与偏振复用技术的协同，单根多芯光纤的传输容量可扩展至1.6Tbps。在制造工艺层面，原子层沉积（ALD）技术被用于制备共形薄层介质膜，确保深宽比20:1的微型TSV（硅通孔）实现无缺陷铜填充，从而将垂直互连密度提升至每平方毫米10^4个通道。实际应用中，该系统已验证在800G光模块中支持20公里单模光纤传输，误码率低于10^-12，且在-40℃至85℃宽温范围内保持性能稳定。更值得关注的是，其模块化设计支持光路动态重构，通过软件定义光网络（SDN）技术可实时调整波长分配与通道配置，为AI训练集群、超级计算机等高并发场景提供灵活的带宽资源调度能力。这种技术演进方向正推动光通信从连接通道向智能传输平台转型，为6G通信、量子计算等未来技术奠定物理层基础。上海三维光子集成多芯MT-FA光传输组件Lightmatter的L200X芯片，采用3D集成技术放置I/O于芯片任意位置。
三维光子集成技术为多芯MT-FA光收发组件的性能突破提供了关键路径。传统二维平面集成受限于光子与电子元件的横向排列密度，导致通道数量和能效难以兼顾。而三维集成通过垂直堆叠光子芯片与CMOS电子芯片，结合铜柱凸点高密度键合工艺，实现了80个光子通道在0.15mm²面积内的密集集成。这种结构使发射器单元的电光转换能耗降至50fJ/bit，接收器单元的光电转换能耗只70fJ/bit，较早期二维系统降低超80%。多芯MT-FA组件作为三维集成中的重要光学接口，其42.5°精密研磨端面与低损耗MT插芯的组合，确保了多路光信号在垂直方向上的高效耦合。通过将透镜阵列直接贴合于FA端面，光信号可精确汇聚至光电探测器阵列，既简化了封装流程，又将耦合损耗控制在0.2dB以下。实验数据显示，采用三维集成的800G光模块在持续运行中，MT-FA组件的通道均匀性波动小于0.1dB，满足了AI算力集群对长期稳定传输的严苛要求。
在AI算力与超高速光通信的双重驱动下，多芯MT-FA光组件与三维芯片互连技术的融合正成为突破系统性能瓶颈的关键路径。作为光模块的重要器件，MT-FA通过精密研磨工艺将光纤阵列端面加工为特定角度，结合低损耗MT插芯实现多路光信号的并行传输。其技术优势体现在三维互连的紧凑性与高效性上：在垂直方向，MT-FA的微米级通道间距与硅通孔（TSV）技术形成互补，TSV通过深硅刻蚀、原子层沉积（ALD）绝缘层及电镀铜填充，实现芯片堆叠层间的垂直导电，而MT-FA则通过光纤阵列的并行连接将光信号直接耦合至芯片光接口，缩短了光-电-光转换的路径；在水平方向，再布线层（RDL）技术进一步扩展了互连密度，使得MT-FA组件能够与逻辑芯片、存储器等异质集成，形成高带宽、低延迟的光电混合系统。以800G光模块为例，MT-FA的12芯并行传输可将单通道速率提升至66.7Gbps，配合TSV实现的3D堆叠内存，使系统带宽密度较传统2D封装提升近2个数量级，同时功耗降低30%以上。在人工智能和机器学习领域，三维光子互连芯片的高性能将助力算法模型的快速训练和推理。
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，可以集成光缓存器来暂存光信号，减少因信号等待而产生的损耗。上海三维光子集成多芯MT-FA光传输组件
在三维光子互连芯片中，可以利用空间模式复用（SDM）技术。上海三维光子集成多芯MT-FA光传输组件
高性能多芯MT-FA光组件的三维集成方案通过突破传统二维平面布局的物理限制，实现了光信号传输密度与系统可靠性的双重提升。该方案以多芯光纤阵列（Multi-FiberTerminationFiberArray）为重要载体，通过精密研磨工艺将光纤端面加工成特定角度，结合低损耗MT插芯实现端面全反射，使多路光信号在毫米级空间内完成并行传输。与传统二维布局相比，三维集成技术通过层间耦合器将不同波导层的光信号进行垂直互联，例如采用倏逝波耦合器或3D波导耦合器实现层间光场的高效转换，明显提升了单位面积内的通道数量。实验数据显示，采用三维堆叠技术的MT-FA组件可在800G光模块中实现12通道并行传输，通道间距压缩至0.25mm，较传统方案提升40%的集成度。同时，通过飞秒激光直写技术对玻璃基板进行三维微纳加工，可精确控制V槽（V-Groove）的深度与角度公差，确保多芯光纤的定位精度优于±0.5μm，从而降低插入损耗至0.2dB以下，满足AI算力集群对长距离、高负荷数据传输的稳定性要求。上海三维光子集成多芯MT-FA光传输组件
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