矽晶圓傳光效率逼近光纖，加州理工超低損耗光波導性能提升 20 倍

加州理工研發的超低損耗光波導，使矽晶片上的傳光效率接近光纖的水準，其中可見光波段的性能提升達 20 倍。這為晶片級的光學應用打開了新的可能。

要理解這項進展的意義，得先看晶片上傳光與光纖傳光的差距。光纖經過數十年的材料與製程優化，其損耗已低到光訊號能傳輸數十公里而仍可辨識；而晶片上的光波導受限於材料界面的粗糙度、材料本身的吸收與彎曲處的洩漏，損耗通常高出數個數量級。這使得晶片上的光路徑必須盡可能短，限制了電路的設計自由度。

損耗的來源主要有幾項。表面散射是其中最關鍵的——波導的側壁若有奈米級的粗糙，光在傳播時便會被散射出去；而製程的蝕刻步驟必然留下一定程度的粗糙度。其次是材料吸收，不同波長在不同材料中的吸收率差異很大；矽在通訊常用的紅外波段透明，但在可見光波段則會吸收，這正是可見光晶片光學長期困難的原因。

可見光波段的改善之所以特別值得注意，在於它開啟的應用範圍與紅外波段截然不同。資料通訊使用紅外波段，因為光纖在該波段損耗最低；而可見光的應用集中在感測、成像、量子技術與生物醫學——螢光偵測、光譜分析、原子鐘與量子位元的操控，都需要可見光波段的精密光學。把這些系統從桌上型的光學平台整合到晶片上，是這些領域長期追求的目標。

從技術演進的脈絡看，這也與當前資料中心的架構轉換相互呼應。共同封裝光學正把光學元件推進到晶片旁邊，而下一步的方向是把更多光學功能整合到晶片內部；低損耗波導正是這條路徑的基礎元件——當光能在晶片上傳播更遠而損耗更低，可實現的功能複雜度便大幅提高。

不過，從實驗室成果到實用元件之間仍有距離。首先是製程的可量產性——實驗室中可透過精細的後處理降低粗糙度，而量產環境需要在標準製程中達成類似效果。其次是與既有半導體製程的相容性，晶片上的光學元件必須與電子元件在同一晶圓上共存。第三是良率與成本，這決定了技術能否從研究走向商品。

後續觀察重點包括：製程的可重現性與量產適配、在具體應用系統中的驗證結果，以及與現有矽光子平台的整合路徑。