国际集成光子路线图(IPSR-I)：聚合物光子材料发展路线

IPSR-I是一个由荷兰的 PhotonDelta 和麻省理工学院（MIT）微光子学中心联合发起的组织，目标是为构建全球统一的集成光子产业提供未来5-20年的路线图，以帮助解决重大的社会挑战。通过调整从研究到最终用户的整个供应链，推动光子集成电路（PIC）的批量生产。不过它之前制定的硅光/氮化硅路线图看看感觉有点偏学术了，而且有比较强的倾向性。当然聚合物光子材料部分也不例外，这部分是由Lightwave Logic公司(简称LWLG)主导撰写的，他家是做电光聚合物最厉害的一个欧洲公司，屁股本来就歪，所以会看到有很多讲聚合物优点(高带宽、低驱压、小尺寸)，但是不咋提损耗和可靠性验证的。所以主要还是学习了解一下它的现状及分析吧，聚合物技术本身还是很有它独特的优势的，基于TPP等增材制造技术来实现封装简化或者光电芯片互连及Chiplet等我个人还是挺看好的。

1. 技术平台与应用现状

聚合物材料在光电子和光子应用领域的技术发展已历时40多年，目前正处于商业化进程中，2023年LWLG出现了有源聚合物的首次发布。有源和无源聚合物已在全球多家公司实现商业化并制成产品(指的是发文章或者科研用户产品吧)，在光纤通信（电信、数据通信、高性能计算）、汽车、医疗、显示和消费等领域有广泛应用。

行业目前聚焦于100G和200G线速产品的业务增长，同时探索更高线速（如300G、400G）的扩展，有源电光聚合物调制器在带宽和功耗方面表现出色，有望实现更高线速目标，无源聚合物和塑料光纤（POF）也将作为短距互连的方式支持这些速率扩展。

2. 技术挑战与发展方向

◆ 提高调制器性能

调制器面临提高模拟带宽（如达到100GHz以上，满足300G、400G需求）、降低功耗（如实现低于1V的驱动电压）和缩小尺寸的挑战，有源电光聚合物在这些方面具有优势，有望推动商业化发展。

◆ 提高聚合物材料性能

包括提高有源聚合物的电光系数（如达到400pm/V以上）、降低无源聚合物的波导损耗（如在可见光波长下低于0.01dB/cm）、提高聚合物的耐高温性能（如无源聚合物用于自动化组装技术时需高于350°C）等。

底下这张图就是它的roadmap了，其中黑色代表可以努力优化得到的指标，而红色也是远期理想指标。路线图认为未来可以预期的，或者说全行业需要努力去达到量产需要冲击的指标总结在底下的Table1。

指标包括要瞄准3.2T光收发器件、3dB带宽＞150GHz，电光系数＞400pm/V，驱压＜1V，能与晶圆级硅光工艺兼容，可见光波段波导损耗＜0.01 dB/cm，耐受温度＞350℃，光子耦合界面(如PWB、Microlens等)要达到0.5dB/bond或0.5dB/interface。调制器的主要目标就是要在硅光工艺兼容、驱动电压保持＜1V的情况下，带宽逐步从80GHz提升到150GHz以上，并建立可靠性数据集。

3. 关键技术进展

◆ 有源电光聚合物调制器

性能显著提升，如等离子体slot调制器带宽超过250GHz，微环slot调制器带宽超过110GHz，单通道速率有望远超200G PAM4，推动可插拔光收发器向更高数据速率发展。

◆ 无源聚合物波导平台

在光背板平台等方面取得一定商业成功，未来有望在小型化、低成本组装和高性能光学方面发挥更大作用，可应用于多通道接口单元和先进的共封装解决方案。这底下的图主要由Vario Optics公司提供。

◆塑料聚合物光纤（POF）

在稳定性、鲁棒性和衰减性能方面不断改进，在短距离光互连（如数据中心、汽车、消费电子等领域）有新的应用机会，数据速率有望进一步提高。

4. 新技术领域探索

◆ 双光子聚合（TPP）技术

可用于3D光刻、光子引线键合PWB、自由形式透镜等应用，具有高分辨率、设计自由度大、与半导体制造工艺兼容等优点，可实现复杂3D结构的制造和不同材料平台的混合集成。

◆ 自由形状光学

能提供更好的光学性能和设计灵活性，在显示（如增强OLED微显示器亮度）、奢侈品（如提供宝石外观的微结构箔和面板）等领域有潜在应用，未来可能改变光学系统的设计和应用方式。

5. 聚合物技术综合分析

◆ 聚合物材料为光学设备性能提升提供机遇，分为有源和无源两类，有源聚合物用于电光效应相关应用，无源聚合物主要作为光波导技术。

◆ 可靠性是聚合物技术发展的关键，需建立可靠性数据集，确保材料、器件和封装层面的稳定性和可靠性。

◆ 聚合物与其他技术平台（如InP、硅光子学）具有兼容性，可集成不同功能，形成混合解决方案，推动性能提升。

6. 详细路线图

详细列出了聚合物光子材料在不同应用场景下的5-20年的发展路线图。这里就不展开，只提取我关注的一些指标

对于无源波导来说，目标是将1310nm插损从当前的0.5dB/cm降低一个数量级，光谱范围从80nm提高到300nm，长期可承受温度范围从80℃提升到130℃。板上互连的加工精度需要提升，波导密度也要提高(尺寸/间距减小)。

对于有机基板来说，面板尺寸逐渐增大，支持各种封装形态。

对于有源电光聚合物，除了前面提到的指标，还希望在通道数上能到20-40通道，单片集成＞1000 pcs聚合物器件；波导损耗从1-5 dB/cm降低到1dB/cm以下@1310 nm；功耗降低一个数量级，瞄准1pJ/bit的目标优化。成本上，当前是5-10 ＄/Gbps (@800G 2km )，2-3 ＄/Gbps (@800G 50m )，5年内分别要降到1＄和0.25＄。