ECTC 2026 | Keio University | Low-Loss Polymer Waveguide Device for Fiber-to-Chip and Chip-to-Chip Connection
- 6月29日
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慷應大學在 ECTC 2026 用一個叫「Mosquito method（蚊子法）」的製程——像蚊子用針注射一樣，把核心材料用細針注進包層裡——做出超低損耗的單模聚合物波導。關鍵是它做出來的是漸變折射率（GI）圓形核心，靠折射率分布把光關住，而不是靠核心-包層界面的全反射，所以少了界面粗糙度的散射損耗。結果：1310 nm 傳播損耗只有 0.22–0.35 dB/cm，逼近材料本徵極限（Ormocer ~0.23 dB/cm）；8 cm 長波導跑 106 Gb/s（53 Gbaud PAM4）眼圖漂亮、TDECQ 1.72 dB 還比沒波導時更好。更妙的是用流體力學分析，做出針外徑十幾倍細的 20 µm 間距四核心陣列、串擾極低。一句話：用一根針把光路「畫」進聚合物裡，做出逼近材料極限的 CPO 光重佈線。
1. 論文背景：CPO 的光重佈線，需要更靈活的波導製程
這篇來自日本慷應義塾大學（Keio University）石槭研究室，發表於 2026 IEEE 第 76 屆 ECTC。CPO 與 chiplet 系統需要光重佈線層（ORDL）做 fan-in/out 間距轉換，但現行平面波導（如絕熱耦合器）受核心截面幾何與佈線版圖限制，設計彈性與性能擴展受約束。
慷應發展的 Mosquito method 是一種聚合物波導製程：用細針把核心單體注進包層單體裡，靠掃描針的軌跡就能畫出任意 3D 核心走線，並在注入與 UV 曝光之間的「interim time」靠核心與包層單體互相擴散，形成漸變折射率（GI）圓形核心。這給了高設計彈性。
聚合物波導當 CPO 光重佈線的路線，我們在 技術文章分析｜聚合物波導扛住 +20 dBm 六小時 與 用「扇出封裝」打 1.6T 光引擎：A*STAR 的低成本 CPO 解法 都談過——慷應這篇貢獻的是「低損耗 + 細間距」這兩個材料/製程指標。
2. 核心問題：把整篇論文濃縮成一句話
這篇論文要證明的是：用 Mosquito method 做的 GI 圓形核心聚合物波導，能不能同時做到逼近材料極限的低損耗、106 Gb/s 高速傳輸、以及細到 20 µm 間距還低串擾。
答案是三件都做到了——而且低損耗的原因是 GI 核心避開了界面散射。
3. 關鍵圖表逐一解析
3.1 這張圖展示了「為什麼 GI 核心能逼近材料極限」
這組圖（Fig. 1、Fig. 3）講損耗來源。一般階變折射率（SI）波導靠核心-包層界面全反射關光，界面粗糙度會額外加上散射損耗，所以總損耗 = 材料損耗 + 結構損耗。Mosquito 做的 GI 核心靠折射率分布的折射來關光，結構性散射損耗（界面）被最小化。結果：1310 nm 傳播損耗 0.22–0.35 dB/cm，逼近 Ormocer（有機-無機混成樹脂）本徵吸收 ~0.23 dB/cm。Ormocer 的 C-H 鍵（尤其脂肪族 C-H）比一般碳氫聚合物少，本徵吸收本來就低。
重點：低損耗不是靠材料硬撐，是靠 GI 結構把「結構損耗」這一項幾乎歸零。
3.2 這張圖展示了「106 Gb/s 過、而且 TDECQ 還更好」
這組圖（Fig. 5、Table III）是眼圖。用這條低損耗波導跑 1310 nm、106 Gb/s（53 Gbaud PAM4）、8 cm 長。結果：有波導 TDECQ 1.72 dB，沒波導（直連）1.93 dB——加了波導反而更好。這條波導在 O-band（1.26–1.32 µm）有寬低損耗窗，可支援 4–8 波長 WDM，有助解決光纖對晶片耦合的「岸線密度（shoreline density）」問題。
3.3 這張圖展示了「20 µm 間距打破針徑限制」
這組圖（Fig. 7、Table IV）是細間距陣列。直覺上，注入核心的針外徑比 20 µm 間距大十幾倍，後注的針掃描應該會擾動先注的核心。但慷應用流體力學分析證明：先注的核心單體會繞過針的外園避開擾動，針通過後幾乎回到原位——所以可以做出 20 µm 間距的四核心陣列，不受針徑限制。實測 7.5 cm 傳輸後，相鄰核心幾乎沒有漏光、串擾極低（OrmoCore/OrmoClad 折射率差夠大、把模態強關在核心裡）。他們正在做 20 µm 與 127 µm 兩端的 fan-out，並要挑戰 10 µm 間距。
4. 技術亮點
第一個亮點是GI 圓形核心把結構散射損耗歸零：靠 Mosquito 的擴散製程做出折射率漸變核心，避開界面粗糙度散射，傳播損耗逼近材料本徵 0.23 dB/cm。這是聚合物波導難得做到的低損耗。
第二個亮點是用流體力學突破針徑限制做 20 µm 細間距：證明後注核心不會擾動先注核心，做出針徑十幾倍細的陣列且低串擾。這把 Mosquito 的高設計彈性延伸到高密度——對 ORDL 的 fan-in/out 與 chiplet 互連是關鍵。
5. 產業連結：離量產有多遠？誰受益？
距離：這是「材料/製程驗證」階段——學術研究室成果，損耗、106 Gb/s 傳輸、20 µm 陣列都驗了，但離產線整合（與 PIC/FAU 對接、量產良率、設備化 Mosquito）還有距離。慷應自陳下一步是做 20/127 µm fan-out 與挑戰 10 µm 間距。
受益者：最直接是聚合物 ORDL 與相關材料（Ormocer 類）生態系；其次是想用「高設計彈性、低損耗、可任意 3D 走線」做 CPO 光重佈線或 chiplet 光互連的封裝研究與廠商。要冷靜的是：Mosquito 是逐根針寫入的序列式製程，量產吞吐與設備化是它對上 DNP 壓印、Qnity 乾膜這些並行式製程時要面對的問題——它贏在彈性與低損耗，量產節拍是它的考題。
6. 總結
這篇論文該被記住的一句話是：用一根針把光路「畫」進聚合物、靠 GI 核心避開界面散射，慷應做出逼近材料極限（0.22–0.35 dB/cm）的單模波導，還用流體力學做出 20 µm 細間距陣列。 對追蹤 CPO 光重佈線的人，觀察點是：聚合物波導路線在比的是「低損耗 × 設計彈性 × 細間距 × 量產吞吐」，Mosquito 在前三項很強，量產節拍是它要證明的下一關。
參考資料
Kai Yokoyama, Haruka Nakajima, Takaaki Ishigure, "Low-Loss Polymer Waveguide Device for Fiber-to-Chip and Chip-to-Chip Connection," 2026 IEEE 76th ECTC. Keio University, Yokohama, Japan.
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