ECOC 2025 技術焦點：Furukawa 展示 1060 nm VCSEL 與多核心光纖的超小型 CPO 收發器

drshawnchang
10月1日
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前言

在 AI 與雲端資料中心推動下，光模組正邁向 高密度、低功耗、長距離 的演進方向。傳統 850 nm VCSEL 多模技術雖然在短距離 (<100 m) 應用成熟，但無法支撐 Tbps 級傳輸需求。

Furukawa 在 ECOC 2025 發表了 50 Gbaud × 16 通道 CPO 收發器，基於 1060 nm 單模 VCSEL 陣列 (SM-VCSEL) 與 多核心光纖 (MCF)，實現了超小型封裝與低能耗傳輸，展現日本光元件廠商在新一代 CPO 技術上的積極突破。

內容

1. 設計架構與封裝特色

光學介面：採用 19 核單模多核心光纖，大幅提升通道密度。
VCSEL 陣列：1060 nm 單模 底發射 (bottom-emitting) 耦合腔結構，利用 光子-光子共振效應 (photon-photon resonance) 擴展頻寬並改善模場直徑匹配。
封裝設計：
- 收發器面積僅 7.7 mm × 15.9 mm。
- 使用 0.3 mm pitch LGA 介面，實現高密度電連接，抑制串擾。
- 採用 雙面翻晶封裝 (double-sided flip-chip bonding)，縮短走線、降低損耗。

2. 高速特性與頻寬測試

VCSEL + PD 頻寬：
- EO 響應：27.5 GHz。
- OE 響應：55 GHz。
收發端系統頻寬：
- TX (含 driver/interposer)：34 GHz。
- RX (含 TIA/interposer)：54 GHz。
- 系統端到端 3 dB 頻寬：足以支援 50 Gbaud NRZ/PAM4 傳輸。

3. 光鏈路測試

NRZ 傳輸 (50 Gb/s × 16 通道)
- 使用 2 km 多核心光纖。
- 所有通道眼圖開啟，BER < FEC 閾值。
PAM4 傳輸 (106 Gb/s × 16 通道)
- 同樣透過 2 km 多核心光纖測試。
- 電氣與光學眼圖清晰，BER 低於 KP4-FEC 閾值。

4. 能效與比較

能耗表現：達到 3.95 fJ/bit，為目前已知 CPO 收發器中最低能耗紀錄之一。
技術比較：
- 矽光子 CPO (with ELS)：~6 fJ/bit，支援 2 km 傳輸，但功耗偏高。
- 850 nm VCSEL 多模 CPO：~4 fJ/bit，僅限 100 m 傳輸。
- Furukawa 1060 nm 單模 VCSEL CPO：<4 fJ/bit，支援 2 km，多通道並行。