Os pesquisadores desenvolveram um método para fazer circuitos fotônicos de silício configuráveis. Eles o usaram para fabricar um circuito de comutação fotônica programável 1 X 4 que produz uma saída em uma das quatro portas (P1-P4) (a) e um circuito de comutação fotônica 2 X 2 com duas portas de saída (P1, P2) (b). Crédito:Xia Chen, Universidade de Southampton
Os pesquisadores desenvolveram uma nova maneira de construir unidades de comutação integrada programáveis e com eficiência energética em um chip fotônico de silício. A nova tecnologia está preparada para reduzir os custos de produção, permitindo que um circuito óptico genérico seja fabricado em massa e, posteriormente, programado para aplicações específicas, como sistemas de comunicação, Circuitos LIDAR ou aplicativos de computação.
"A fotônica de silício é capaz de integrar dispositivos ópticos e circuitos microeletrônicos avançados em um único chip, "disse o membro da equipe de pesquisa Xia Chen, da Universidade de Southampton." Esperamos que os circuitos fotônicos de silício configuráveis expandam muito o escopo de aplicações para fotônica de silício, ao mesmo tempo que reduzem os custos, tornando esta tecnologia mais útil para aplicativos de consumidor. "
No jornal The Optical Society (OSA) Optics Express , pesquisadores liderados por Graham Reed demonstram a nova abordagem em unidades de comutação que podem ser usadas como blocos de construção para criar chips maiores, circuitos fotônicos programáveis.
“A tecnologia que desenvolvemos terá uma ampla gama de aplicações, "disse Chen." Por exemplo, poderia ser usado para fazer dispositivos sensores integrados para detectar substâncias bioquímicas e médicas, bem como transceptores ópticos para conexões usadas em sistemas de computação de alto desempenho e centros de dados. "
Componentes apagáveis
O novo trabalho baseia-se em pesquisas anteriores nas quais os investigadores desenvolveram uma versão apagável de um componente óptico conhecido como acoplador de grade, implantando íons de germânio no silício. Esses íons induzem danos que alteram o índice de refração do silício naquela área. O aquecimento da área local usando um processo de recozimento a laser pode então ser usado para reverter o índice de refração e apagar o acoplador de grade.
Os pesquisadores desenvolveram um sondador em escala de wafer que está sendo testado na Universidade de Southampton (à esquerda). O sondador pode realizar de forma autônoma e precisa testes de dispositivos ópticos e elétricos junto com o recozimento a laser a uma velocidade média de menos de 30 segundos por dispositivo. As imagens à direita mostram uma visão mais detalhada do estágio de posicionamento conduzido por software para medições autônomas (canto superior direito) e as fibras de entrada / saída posicionadas na parte superior do wafer de 8 polegadas (canto inferior direito). Crédito:Xia Chen, Universidade de Southampton
No Optics Express papel, os pesquisadores descrevem como aplicaram a mesma técnica de implantação de íons de germânio para criar guias de ondas apagáveis e acopladores direcionais, componentes que podem ser usados para fazer circuitos e interruptores reconfiguráveis. Isso representa a primeira vez que guias de ondas apagáveis de submícron foram criados em silício.
"Normalmente pensamos na implantação de íons como algo que irá induzir grandes perdas ópticas em um circuito integrado fotônico, "disse Chen." No entanto, descobrimos que uma estrutura cuidadosamente projetada e usando a receita certa de implantação de íons pode criar um guia de ondas que transporta sinais ópticos com perda óptica razoável. "
Construindo circuitos programáveis
Eles demonstraram a nova abordagem projetando e fabricando guias de ondas, acopladores direcionais e 1 X 4 e 2 X 2 circuitos de comutação, usando a fundição de fabricação de Cornerstone da Universidade de Southampton. Dispositivos fotônicos de diferentes chips testados antes e depois da programação com recozimento a laser mostraram um desempenho consistente.
Como a técnica envolve alterar fisicamente o roteamento do guia de onda fotônico por meio de uma operação única, nenhuma alimentação adicional é necessária para manter a configuração quando programada. Os pesquisadores também descobriram que o recozimento elétrico, usando um aquecedor local integrado, assim como o recozimento a laser pode ser usado para programar os circuitos.
Os pesquisadores estão trabalhando com uma empresa chamada ficonTEC para tornar essa tecnologia prática fora do laboratório, desenvolvendo uma maneira de aplicar o laser e / ou o processo de recozimento elétrico em escala de wafer, usando um sondador de wafer convencional (máquina de teste de wafer), para que centenas ou milhares de chips pudessem ser programados automaticamente. Atualmente, eles estão trabalhando na integração do laser e dos processos de recozimento elétrico em uma sonda em escala de wafer - um instrumento encontrado na maioria das fundições eletrofotônicas - em teste na Universidade de Southampton.
