作者：Dario Lo Cascio   MicroAlign 的项目经理

欧盟创新理事会（EIC）加速器奖项正在助力MicroAlign公司将专为超低损耗光子系统设计的纳米精度光纤阵列推向工业化生产。

光子量子计算正在快速发展—但硬件平台的规模化需要的远不止量子比特层面的创新。光纤到芯片的连接，尤其正成为一个工程层面的约束瓶颈。

光子量子计算机依赖多通道光纤阵列将光耦合到光子集成电路（PIC）中。即使是纳米级的对准偏差，也会引入光子损耗、降低纠缠保真度，并影响整体系统性能。尽管为数据通信和电信应用开发的传统光纤阵列具有高吞吐量，但它们并非为满足量子架构的超低损耗要求而设计。随着行业从研究原型向早期商业系统过渡，封装精度必须从实验室层面的技术挑战演变为工业化量产能力。

主动对准技术带来的精度优势远不限于量子系统。任何在严格光损耗预算下运行的光子应用—无论是空间通信、国防传感、数据通信还是电信基础设施—都能从更低的插入损耗和更严格的通道间一致性中直接受益。对于模拟光学传感应用，更低的耦合损耗意味着能够探测更微弱的信号，并更高效地利用激光器的全带宽（例如超辐射发光二极管（SLED），如下图所示分别位于右侧和左侧）。更低的损耗还意味着在给定光预算下所需的激光驱动功率更少：激光器运行温度更低、产生更少废热、使用寿命更长。其结果是整体热足迹更小、散热开销降低、产品寿命全面延长。

左侧两图展示了使用MicroAlign光纤阵列配合宽带激光源（如SLED）时光学损耗降低的效果。右侧两图展示了与光谱输入结合时的效果。图片来源：MicroAlign

 超越被动对准

MicroAlign开发了一种微操作平台，能够以纳米级精度对单根光纤进行主动对准。传统光纤阵列依赖精密V型槽内的被动定位，机械公差会在各通道间累积。相比之下，主动对准在组装过程中动态调整光纤位置，在永久固定之前校正间距偏差。这种方法使多通道阵列能够针对最小插入损耗进行优化。

随着性能指标日益严苛，量子及其他高端光子应用中对0.5 dB以下光耦合损耗的期望越来越高。要在批量生产中持续维持这样的损耗水平，不仅需要精密性，还需要可重复的工艺控制。

面向新兴需求的规模化生产

为支持工业化进程，MicroAlign获得了250万欧元（约280万美元）的欧盟创新理事会（EIC）加速器资助（含股权部分），以加速其光纤阵列制造的自动化。该资助支持在保持稳定高质量产出的同时提升生产吞吐量。这一转变至关重要，因为量子计算公司正开始规划更大规模的部署。光纤阵列在光子量子计算机中并非边缘子系统。单个大规模系统可能就需要数千个阵列。随着应用加速落地，可靠且可扩展的供应链具有战略意义。

更高密度与更小间距

除提升产能外，MicroAlign还在攻克密度问题。2026年内，MicroAlign计划推出新一代超高精度光纤阵列，通道间距小至127微米。更小的间距使光子封装更加紧凑，并支持集成芯片上更高的I/O密度。随着光子电路集成更多通道，高密度光纤阵列对于控制可管理的尺寸和布线复杂度至关重要。

在密集配置中，主动对准优势更为明显，因为位置上的微小偏差会显著影响多个通道的总光学损耗。

量子之外的广泛应用

尽管量子计算是主要驱动力，但超低损耗连接的需求还延伸至许多其他先进光子学领域—且这些市场的商业机会可能同样重要。

在光交换与路由领域，微机电系统（MEMS）开关和波长选择开关是数据中心和电信骨干网可重构网络的核心组件。这些器件对插入损耗高度敏感：光纤-芯片界面每增加0.1 dB的耦合效率损失，都会直接侵蚀系统裕量，并可能迫使使用更昂贵的光放大方案。能够持续达到0.5 dB以下损耗目标的主动对准阵列，使系统设计人员得以放宽放大器要求、降低功耗，并在无需额外基础设施的情况下延长传输距离。

国防与空间光子学同样展现出令人信服的应用场景。自由空间光通信终端、激光雷达传感器和卫星载荷都要求在受限的体积、重量和功耗（SWaP）预算下实现尽可能高的耦合效率。在这些环境中，光纤-芯片界面节省的零点几分贝可直接转化为更小、更轻、更远距离的系统。所有通道的性能一致性—主动对准阵列的一大标志—对于多通道传感器阵列尤为关键，因为通道间的差异会降低测量精度。

到2029年，MicroAlign的目标是凭借其超高精度光纤阵列，在全球光子量子计算系统中占据显著份额。其路线图还瞄准快速增长的非量子细分市场，包括光交换、相干通信、传感和国防光子学—这些领域同样需要精密制造能力来应对明确而紧迫的客户需求。

精密封装作为竞争差异化优势

主动对准的工业化反映了光子学制造的一次更广泛的范式转变。光纤阵列正从通用化的电信组件演变为对系统性能至关重要的精密工程子系统—涵盖量子计算、先进传感、光通信和国防光子学等各个领域。

新兴的量子与高端光子学市场正在重新定义行业期望：纳米级间距精度、0.5 dB以下耦合损耗、高通道密度和可扩展的自动化。同时满足这四个要求需要重新思考组装方法。

随着光子量子计算迈向商业部署，封装技术的可扩展性可能被证明与量子比特架构的进步同等关键。而对于许多不涉及量子比特的高性能光子学市场，同样的道理同样适用。在一个每零点几分贝都至关重要的行业中，精密封装已不再是一个细节—它是一种战略优势。