超宽带即插即用光子张量核封装，损耗不到1分贝

光子集成电路（PIC）在传感、量子计算、光通信和类脑计算等领域展现出巨大潜力，但其发展面临一个关键瓶颈：如何高效、稳定地将光纤与芯片连接，即“光封装”问题。传统方法往往损耗高、带宽窄、难以扩展或不可重复使用。本文提出了一种全新的“即插即用”式光子封装方案，显著提升了性能和实用性。

该方案的核心是将标准的MTP多光纤连接线（类似USB接口）与芯片表面通过双光子聚合（TPP）3D打印技术制造的精密对准结构相结合。光信号通过一种新型的三维全内反射（TIR）耦合器从芯片波导垂直引出，再由MTP光纤阵列接收。这种设计避免了传统边缘耦合对芯片布局的限制，并克服了光栅耦合器带宽有限的问题。

研究人员首先通过仿真优化了TIR耦合器的几何参数，如焦距、模式场直径和传播角度，以最大化光传输效率。实验结果显示，单个TIR耦合器在1500至1600纳米波长范围内实现了-0.41 dB的峰值传输损耗（即91%的光通过），且在整个C、L、S波段性能稳定，波动极小。这表明该耦合器具有超宽带和近乎无波长依赖的特性。

更重要的是，当将这种耦合器集成到“即插即用”系统中时，额外引入的封装损耗仅为0.37 dB。这意味着整个光纤到芯片的连接总损耗创纪录地低至0.78 dB，是目前被动式垂直耦合封装中性能最好的之一。该系统具有良好的对准容差（±4微米内损耗小于1 dB），并且可以反复插拔，连接17个端口的光子电路进行矩阵向量乘法运算，验证了其可靠性和可重复性。

研究还展示了该技术的实际应用潜力：利用超辐射发光二极管（SLED）的宽带混沌光源，在17.6 Gbaud的高速调制下仍能保持低噪声运行，这对于需要并行处理和随机性的光子计算至关重要。这种高带宽、低损耗的连接方式，使得基于波分复用的光子架构（如微环权重阵列）性能大幅提升。

与以往需要主动对准或复杂工艺的方法相比，该方案完全被动、无需胶水、易于制造，且兼容现有电子封装标准。它不仅适用于氮化硅平台，还可推广到其他材料体系。3D打印的支撑结构进一步增强了机械稳定性。这项技术为实现光子芯片的大规模、标准化、可量产集成铺平了道路，是迈向高性能、可重构光子处理器的重要一步。