京瓷與東北大學合作開發新型光學晶片技術 可減少反射光達 95%

京瓷(Kyocera)與東北大學(Tohoku University)合作開發的全新光學晶片技術，有望為高速數據中心解決日益增長的問題，通過減少約 95% 的反射光來提升性能。該技術利用鐳射退火技術，將光學隔離器直接整合到矽光子晶片上，這一過程僅對目標區域進行加熱，而不是將整個晶片暴露於高溫之下。光學隔離器的作用在於防止光線朝鐳射源反向傳播，反射光會干擾鐳射並降低光通信系統的性能。

隨著人工智能工作負載推動數據中心需要處理更多資訊，矽光子技術正在被開發，以提供更快及更高能效的連接。

光學隔離器的技術優勢

該技術使用光而非電信號來傳輸和處理數據，鐳射加熱技術解決了集成問題。傳統的光學隔離器一般依賴於磁光石榴石，這是一種需要加熱至約 600 攝氏度或更高溫度的晶體材料，以發展出所需的抑制反射光的特性。然而，將整個矽光子晶片加熱至該溫度可能會損壞其電極、接線及其他元件。京瓷與東北大學通過將近紅外鐳射僅指向隔離器形成區域來解決這一問題，鐳射聚焦於約 700 微米 x 700 微米的區域。

這種局部加熱使磁光石榴石結晶，而不會使周圍的矽光子電路遭受同樣的熱負荷。

未來應用與發展

這種方法使得光學隔離器更容易與緊湊的光學電路及共同封裝光學(Co-Packaged Optics, CPO)進行集成。CPO 將光學和電子元件放置在同一半導體封裝內，從而減少信號路徑並可能降低信號損失和功耗。對於光學鏈路而言，隨著系統變得更小型化和緊湊化，保持光線朝預定方向傳輸變得愈加重要。因此，直接製造的隔離器能夠去除未來高速網絡中使用的緊湊光子電路的一個主要集成障礙。

研究人員在矽波導上製造了光學隔離器，並測試其區分前行光和反向反射光的能力。該裝置在光通信波長範圍內實現了 13.6 分貝的隔離比，根據研究人員的說法，這對應於約 95% 的反射光減少。電子顯微鏡檢測顯示，鐳射處理的磁光石榴石在矽波導上正確結晶，支持實驗中顯示的操作結果。這一成果建立在京瓷與東北大學早期的研究基礎上，旨在開發可直接集成到光學電路上的光學隔離器。

這些公司現在的目標是通過減少光學損失、提高效率，並使該過程更適合大規模生產來改善技術。如果這些改進得以實現，直接集成的光學隔離器有望在未來高密度光學系統中發揮作用，特別是在數據中心越來越多地採用矽光子技術和 CPO 以應對日益增長的人工智能相關工作負載。相關研究已發表於《IEEE Access》期刊上。

新技術對數據中心的重要性

隨著人工智能推動數據中心對高速數據傳輸的需求，京瓷與東北大學的合作開發新型光學晶片技術顯得尤為重要。透過減少反射光及提升光學隔離器的集成性，這項技術不僅能提高光通信系統的性能，還能有效降低功耗，適應未來高密度光學系統的需求。隨著矽光子技術的發展，這項技術的成功將對數據中心的運作效率及可持續性產生深遠影響。