Pesquisadores desenvolveram novos materiais poliméricos que são ideais para fazer os links ópticos necessários para conectar componentes fotônicos baseados em chip com circuitos de nível de placa ou fibras ópticas. Os polímeros podem ser usados ​​para criar facilmente interconexões entre chips fotônicos e placas de circuito impresso óptico, o equivalente baseado em luz das placas de circuito impresso eletrônico.
“Esses novos materiais e os processos que eles permitem podem levar a novos e poderosos módulos fotônicos baseados em fotônica de silício”, disse o líder da equipe de pesquisa Robert Norwood, da Universidade do Arizona. "Eles também podem ser úteis para sensoriamento óptico ou fazer displays holográficos para aplicativos de realidade aumentada e virtual.

A tecnologia de fotônica de silício permite que componentes baseados em luz sejam integrados em um pequeno chip. Embora muitos dos blocos básicos de construção de dispositivos fotônicos de silício tenham sido demonstrados, são necessários melhores métodos para fabricar as conexões ópticas que ligam esses componentes para criar sistemas mais complexos.

Na revista Optical Materials Express , os pesquisadores relatam novos materiais poliméricos que apresentam um índice de refração que pode ser ajustado com luz ultravioleta (UV) e baixas perdas ópticas. Esses materiais permitem que uma interconexão óptica de modo único seja impressa diretamente em um material de filme seco usando um sistema de litografia de baixo custo e alto rendimento que é compatível com as técnicas de fabricação CMOS usadas para fazer componentes fotônicos baseados em chip.

"Esta tecnologia torna mais prático fabricar interconexões ópticas, que podem ser usadas para tornar a Internet - especialmente os data centers que a fazem funcionar - mais eficiente", disse Norwood. "Em comparação com suas contrapartes eletrônicas, as interconexões ópticas podem aumentar a taxa de transferência de dados ao mesmo tempo em que geram menos calor. Isso reduz o consumo de energia e os requisitos de resfriamento."

Substituindo fios por luz

A pesquisa se expande em um sistema de material de polímero de viniltiofenol conhecido como S-BOC que os pesquisadores desenvolveram anteriormente. Este material tem um índice de refração que pode ser modificado usando iluminação UV. No novo trabalho, os pesquisadores fluoraram parcialmente o S-BOC para melhorar sua eficiência de luz. O novo sistema de material, chamado FS-BOC, apresenta menores perdas de propagação óptica do que muitos outros materiais de interconexão óptica.

"Com este material, podemos usar um processo que chamamos de SmartPrint para escrever diretamente interconexões ópticas entre diferentes elementos ópticos da placa de circuito impresso, como guias de ondas de vidro de troca de íons (IOX) fornecidos por nosso colaborador Lars Brusberg da Corning Incorporated", disse Norwood.

Para realizar o processo SmartPrint, um filme FS-BOC é aplicado diretamente em um componente fotônico. Nenhum alinhamento mecânico é necessário porque a interconexão óptica é feita usando um sistema de litografia sem máscara que calcula onde a interconexão é necessária observando os componentes e, em seguida, gravando a interconexão óptica no polímero usando fotoexposição. Nenhum processamento adicional é necessário além de aquecer brevemente o filme de polímero a 90°C. Como a abordagem de fabricação é sem máscara, os padrões de escrita podem ser alterados sem fazer uma nova fotomáscara.

Criando uma conexão

Para demonstrar os novos materiais, os pesquisadores os depositaram diretamente em matrizes de guia de ondas de vidro de troca iônica, que são comumente usadas para dispositivos fotônicos integrados. Eles então imprimiram os recursos de acoplamento necessários para permitir que a luz viaje de um guia de ondas IOX, se propague na interconexão de polímero recém-fabricada e, em seguida, insira um segundo guia de ondas IOX adjacente ao guia de ondas IOX inicial.

De acordo com os pesquisadores, as interconexões ópticas de polímero funcionaram bem e apresentaram baixas perdas de propagação e acoplamento, o que significa que muito pouca luz foi perdida ao viajar dentro da interconexão ou entre ela e os outros componentes.

Os pesquisadores agora estão trabalhando para melhorar o contraste do índice de refração do material e o desempenho em altas temperaturas. “Um contraste de índice de refração mais alto tornaria o material mais tolerante às variações de fabricação, enquanto o desempenho de alta temperatura provavelmente é necessário para a interconexão suportar os processos de refluxo de solda, que ocorrem acima de 200 ° C”, disse Norwood. + Explorar mais

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