Nova pesquisa mostra como a luz se propaga em circuitos integrados em chips
(a) Esquema da configuração experimental para geração de imagens de propagação de ondas em dispositivos fotônicos. Pulsos de sinal de 1.550 nm (laranja) são acoplados por grade em um guia de onda de silício sobre isolador (SOI), enquanto pulsos de bomba de 780 nm (vermelho) são focados no dispositivo usando uma objetiva de longa distância de trabalho. Quando os dois pulsos se sobrepõem no tempo e no espaço, é gerada uma onda não linear (verde), separada da bomba por um espelho dicróico (DM) e coletada por uma câmera CMOS padrão. P, F e 𝜆/2 representam polarizador linear, filtro espectral e placa de onda 𝜆/2, respectivamente. (b) Definições dos eixos e direções de propagação do feixe de bomba (incidência normal), feixe de sinal (guiado ao longo do guia de ondas) e feixe gerado não linearmente (refletido em um ângulo de acordo com o vetor de onda da onda de sinal). (c) Seção transversal do guia de ondas único. Crédito:Óptica (2023). DOI:10.1364/OPTICA.504397 O campo dos circuitos integrados fotônicos concentra-se na miniaturização de elementos fotônicos e na sua integração em chips fotônicos – circuitos que realizam uma série de cálculos usando fótons, em vez de elétrons, como são usados em circuitos eletrônicos.
A fotônica baseada em silício é um campo em desenvolvimento relevante para data centers, inteligência artificial, computação quântica e muito mais. Permite uma enorme melhoria no desempenho dos chips e na sua relação custo-benefício, pois é baseado na mesma matéria-prima predominante dos chips no mundo da eletrônica.
Porém, apesar de se beneficiarem do processo de produção de litografia bem desenvolvido, que permite a produção precisa dos dispositivos desejados, os instrumentos ainda não permitem o mapeamento preciso das características ópticas do chip. Isto inclui o movimento interno da luz – uma capacidade crucial dada a dificuldade de modelar o efeito de falhas e imprecisões de fabricação – devido às pequenas dimensões dos dispositivos.
Um novo artigo de pesquisadores da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Andrew e Erna Viterbi do Technion aborda esse desafio, mostrando imagens avançadas de luz em circuitos fotônicos em chips. A pesquisa, publicada na revista Optica , foi liderado pelo professor Guy Bartal, chefe do Laboratório de Pesquisa Fotônica Avançada, e pelo estudante de doutorado Matan Iluz, em colaboração com o grupo de pesquisa do professor Amir Rosenthal. Os alunos de pós-graduação Kobi Cohen, Jacob Kheireddine, Yoav Hazan e Shai Tsesses também participaram da pesquisa. Um videoclipe mostrando a evolução da luz em tempo real dentro do dispositivo MMI. Crédito:Gabinete do porta-voz da Technion Os pesquisadores aproveitaram as características ópticas do silício para mapear a propagação da luz sem exigir qualquer tipo de ação invasiva, que perturbe ou altere o chip. Este processo inclui o mapeamento do campo elétrico das ondas de luz e a definição dos elementos que afetam o movimento da luz – guias de onda e divisores de feixe.
O processo fornece imagens e gravações de vídeo em tempo real da luz dentro do chip fotônico, sem danificar o chip e sem perder nenhum dado. Espera-se que este novo processo melhore os processos de design, produção e otimização de chips fotônicos em uma variedade de campos, incluindo telecomunicações, computação de alto desempenho, aprendizado de máquina, medição de distâncias, imagens médicas, detecção e computação quântica.
Mais informações: Matan Iluz et al, Revelando a evolução da luz em circuitos integrados fotônicos, Optica (2023). DOI:10.1364/OPTICA.504397 Informações do diário: Óptica
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