I ricercatori hanno sviluppato un metodo per realizzare circuiti fotonici in silicio configurabili. Lo hanno usato per fabbricare un circuito di commutazione fotonica programmabile 1 X 4 che produce un'uscita su una delle quattro porte (P1-P4) (a) e un circuito di commutazione fotonica 2 X 2 con due porte di uscita (P1, P2) (b). Credito:Xia Chen, Università di Southampton
I ricercatori hanno sviluppato un nuovo modo per costruire unità di commutazione integrate programmabili e efficienti dal punto di vista energetico su un chip fotonico di silicio. La nuova tecnologia è destinata a ridurre i costi di produzione consentendo la fabbricazione in blocco di un circuito ottico generico e la successiva programmazione per applicazioni specifiche come sistemi di comunicazione, Circuiti LIDAR o applicazioni informatiche.
"La fotonica del silicio è in grado di integrare dispositivi ottici e circuiti microelettronici avanzati su un singolo chip, ", ha affermato il membro del team di ricerca Xia Chen dell'Università di Southampton. "Ci aspettiamo che i circuiti di fotonica di silicio configurabili espandano notevolmente l'ambito delle applicazioni per la fotonica di silicio riducendo al contempo i costi, rendendo questa tecnologia più utile per le applicazioni consumer."
Nella rivista The Optical Society (OSA) Ottica Express , i ricercatori guidati da Graham Reed dimostrano il nuovo approccio nelle unità di commutazione che possono essere utilizzate come elementi costitutivi per creare più grandi basati su chip, circuiti fotonici programmabili.
"La tecnologia che abbiamo sviluppato avrà una vasta gamma di applicazioni, " disse Chen. "Per esempio, potrebbe essere utilizzato per realizzare dispositivi di rilevamento integrati per rilevare sostanze biochimiche e mediche, nonché ricetrasmettitori ottici per connessioni utilizzate in sistemi informatici e data center ad alte prestazioni".
Componenti cancellabili
Il nuovo lavoro si basa su ricerche precedenti in cui i ricercatori hanno sviluppato una versione cancellabile di un componente ottico noto come accoppiatore a reticolo impiantando ioni germanio nel silicio. Questi ioni inducono un danno che modifica l'indice di rifrazione del silicio in quell'area. Il riscaldamento dell'area locale mediante un processo di ricottura laser può quindi essere utilizzato per invertire l'indice di rifrazione e cancellare l'accoppiatore a reticolo.
I ricercatori hanno sviluppato un probe in scala di wafer che è in fase di test presso l'Università di Southampton (a sinistra). Il sonde può eseguire in modo autonomo e accurato test di dispositivi ottici ed elettrici insieme alla ricottura laser a una velocità media inferiore a 30 secondi per dispositivo. Le immagini a destra mostrano uno sguardo più da vicino alla fase di posizionamento guidato dal software per misurazioni autonome (in alto a destra) e le fibre di input/output posizionate sopra il wafer da 8 pollici (in basso a destra). Credito:Xia Chen, Università di Southampton
Nel Ottica Express carta, i ricercatori descrivono come hanno applicato la stessa tecnica di impianto di ioni germanio per creare guide d'onda cancellabili e accoppiatori direzionali, componenti che possono essere utilizzati per realizzare circuiti e interruttori riconfigurabili. Questa rappresenta la prima volta che le guide d'onda cancellabili sub-micron sono state create in silicio.
"Normalmente pensiamo all'impianto di ioni come a qualcosa che indurrà grandi perdite ottiche in un circuito integrato fotonico, " disse Chen. "Tuttavia, abbiamo scoperto che una struttura accuratamente progettata e l'utilizzo della giusta ricetta di impianto ionico possono creare una guida d'onda che trasporta segnali ottici con una ragionevole perdita ottica".
Costruire circuiti programmabili
Hanno dimostrato il nuovo approccio progettando e fabbricando guide d'onda, accoppiatori direzionali e circuiti di commutazione 1 X 4 e 2 X 2, utilizzando la fonderia di fabbricazione Cornerstone dell'Università di Southampton. I dispositivi fotonici di diversi chip testati sia prima che dopo la programmazione con ricottura laser hanno mostrato prestazioni costanti.
Poiché la tecnica comporta la modifica fisica dell'instradamento della guida d'onda fotonica tramite un'operazione una tantum, non è necessaria alcuna alimentazione aggiuntiva per mantenere la configurazione quando programmata. I ricercatori hanno anche scoperto che la ricottura elettrica, utilizzando un riscaldatore integrato locale, così come la ricottura laser può essere utilizzata per programmare i circuiti.
I ricercatori stanno lavorando con una società chiamata ficonTEC per rendere pratica questa tecnologia al di fuori del laboratorio sviluppando un modo per applicare il processo di ricottura laser e/o elettrica su scala wafer, utilizzando una sonda per wafer convenzionale (macchina di prova per wafer), in modo che centinaia o migliaia di chip possano essere programmati automaticamente. Stanno attualmente lavorando all'integrazione dei processi di ricottura laser ed elettrica in un tale probe a scala di wafer, uno strumento trovato nella maggior parte delle fonderie fotoniche elettroniche, in fase di test presso l'Università di Southampton.
