I ricercatori utilizzano quello che chiamano un processo SmartPrint per sviluppare nuovi materiali polimerici. Credito:Robert Norwood, Università dell'Arizona
I ricercatori hanno sviluppato nuovi materiali polimerici ideali per realizzare i collegamenti ottici necessari per collegare componenti fotonici basati su chip con circuiti a livello di scheda o fibre ottiche. I polimeri possono essere utilizzati per creare facilmente interconnessioni tra chip fotonici e circuiti stampati ottici, l'equivalente basato sulla luce dei circuiti stampati elettronici.
"Questi nuovi materiali e i processi che consentono potrebbero portare a nuovi potenti moduli fotonici basati sulla fotonica del silicio", ha affermato il leader del team di ricerca Robert Norwood dell'Università dell'Arizona. "Potrebbero anche essere utili per il rilevamento ottico o la realizzazione di display olografici per applicazioni di realtà aumentata e virtuale.
La tecnologia fotonica del silicio consente di integrare componenti basati sulla luce su un minuscolo chip. Sebbene molti degli elementi costitutivi di base dei dispositivi fotonici al silicio siano stati dimostrati, sono necessari metodi migliori per fabbricare le connessioni ottiche che collegano questi componenti insieme per creare sistemi più complessi.
Nella rivista Optical Materials Express , i ricercatori segnalano nuovi materiali polimerici che presentano un indice di rifrazione che può essere regolato con luce ultravioletta (UV) e basse perdite ottiche. Questi materiali consentono di stampare un'interconnessione ottica monomodale direttamente in un materiale a film secco utilizzando un sistema di litografia a basso costo e ad alto rendimento compatibile con le tecniche di produzione CMOS utilizzate per realizzare componenti fotonici basati su chip.
"Questa tecnologia rende più pratica la fabbricazione di interconnessioni ottiche, che possono essere utilizzate per rendere Internet, in particolare i data center che lo fanno funzionare, più efficiente", ha affermato Norwood. "Rispetto alle loro controparti elettroniche, le interconnessioni ottiche possono aumentare il throughput dei dati generando anche meno calore. Ciò riduce il consumo energetico e i requisiti di raffreddamento."
Sostituzione dei cavi con la luce
La ricerca si espande su un sistema di materiale polimerico viniltiofenolo noto come S-BOC che i ricercatori hanno sviluppato in precedenza. Questo materiale ha un indice di rifrazione che può essere modificato utilizzando l'illuminazione UV. Nel nuovo lavoro, i ricercatori hanno parzialmente fluorurato S-BOC per migliorarne l'efficienza luminosa. Il nuovo sistema di materiali, chiamato FS-BOC, mostra perdite di propagazione ottica inferiori rispetto a molti altri materiali di interconnessione ottica.
"Con questo materiale possiamo utilizzare un processo che chiamiamo SmartPrint per scrivere direttamente interconnessioni ottiche tra diversi elementi di circuiti stampati ottici, come le guide d'onda in vetro a scambio ionico (IOX) fornite dal nostro collaboratore Lars Brusberg di Corning Incorporated", ha affermato Norwood.
Per eseguire il processo SmartPrint, una pellicola FS-BOC viene applicata direttamente a un componente fotonico. Non è necessario alcun allineamento meccanico perché l'interconnessione ottica è realizzata utilizzando un sistema di litografia senza maschera che calcola dove è richiesta l'interconnessione osservando i componenti e quindi scrivendo l'interconnessione ottica nel polimero utilizzando la fotoesposizione. Non è necessaria alcuna lavorazione aggiuntiva oltre al riscaldamento breve della pellicola polimerica a 90 °C. Poiché l'approccio di fabbricazione è senza maschera, i modelli di scrittura possono essere modificati senza creare una nuova maschera fotografica.
Creazione di una connessione
Per dimostrare i nuovi materiali, i ricercatori li hanno depositati direttamente su array di guide d'onda in vetro a scambio ionico, che sono comunemente usati per dispositivi fotonici integrati. Hanno quindi stampato le caratteristiche di accoppiamento necessarie per consentire alla luce di viaggiare fuori da una guida d'onda IOX, propagarsi nell'interconnessione polimerica appena fabbricata e quindi inserire una seconda guida d'onda IOX adiacente alla guida d'onda IOX iniziale.
Secondo i ricercatori, le interconnessioni ottiche polimeriche hanno funzionato bene e hanno mostrato basse perdite di propagazione e accoppiamento, il che significa che è stata persa pochissima luce mentre viaggiava all'interno dell'interconnessione o tra essa e gli altri componenti.
I ricercatori stanno ora lavorando per migliorare il contrasto dell'indice di rifrazione del materiale e le prestazioni alle alte temperature. "Un contrasto dell'indice di rifrazione più elevato renderebbe il materiale più tollerante alle variazioni di produzione, mentre è probabile che siano necessarie prestazioni ad alta temperatura affinché l'interconnessione resista ai processi di rifusione della saldatura, che avvengono al di sopra dei 200 °C", ha affermato Norwood. + Esplora ulteriormente
