Analogamente all'elettronica, i circuiti fotonici possono essere miniaturizzati su un chip, portando ad un cosiddetto circuito integrato fotonico (PIC). Sebbene questi sviluppi siano più recenti rispetto a quelli dell’elettronica, questo campo è in rapida evoluzione. Uno dei problemi principali, tuttavia, è trasformare un PIC di questo tipo in un dispositivo funzionante. Ciò richiede un confezionamento ottico e strategie di accoppiamento per portare la luce dentro e fuori dal PIC.
Ad esempio, per la comunicazione ottica è necessario realizzare un collegamento con fibre ottiche, che poi trasportano gli impulsi luminosi su lunghe distanze. In alternativa, il PIC potrebbe ospitare un sensore ottico che richiede luce esterna per la lettura.
Poiché la luce su un PIC si propaga in canali molto piccoli con dimensioni submicrometriche, chiamati guide d'onda, questo accoppiamento ottico è molto impegnativo e richiede un attento allineamento tra il PIC e i componenti esterni. Anche i componenti ottici sono molto fragili, quindi un imballaggio adeguato del PIC è vitale per ottenere un dispositivo affidabile.
Il gruppo di ricerca del Prof. Van Steenberge e del Prof. Jeroen Missinne dell'Università di Gand e imec sta sviluppando soluzioni per superare le sfide di confezionamento e integrazione relative ai PIC per sistemi di telecomunicazione, sensori e dispositivi biomedici di prossima generazione.
Una delle loro attività è focalizzata sull'utilizzo di lenti molto piccole (microlenti) per collegare più facilmente i canali ottici sui PIC con fibre ottiche esterne o altri elementi. Hanno dimostrato microlenti che possono essere integrate nel PIC stesso durante il processo di fabbricazione o microlenti esterne che vengono aggiunte durante il processo di confezionamento.
Quest'ultimo è l'argomento di un recente articolo nel Journal of Optical Microsystems .
Una piccola lente sferica con un diametro di 300 um è stata utilizzata per realizzare una connessione efficiente tra un sensore su un PIC e una fibra ottica che può essere collegata ad apparecchiature di lettura standard.
Inoltre, il documento descrive le fasi di importazione necessarie per trasformare il PIC in una sonda sensore miniaturizzata funzionale e completamente confezionata (meno di 2 mm di diametro). Il tipo di sensore ottico sviluppato in questa dimostrazione era un sensore di temperatura a reticolo di Bragg in grado di misurare fino a 180°C.
Il sensore è stato realizzato nell'ambito del progetto europeo SEER insieme ad Argotech (Repubblica Ceca) e al Laboratorio di ricerca sulle comunicazioni fotoniche dell'Università tecnica nazionale di Atene (Grecia). In questo progetto, diversi partner europei si concentrano sull'integrazione di sensori ottici nelle routine di produzione per la realizzazione di parti composite come quelle utilizzate negli aerei, che in definitiva consentiranno l'ottimizzazione dei processi, il risparmio energetico e il risparmio sui costi.
Ulteriori informazioni: Jeroen Missinne et al, Sensore di temperatura fotonico al silicio:dal chip fotonico integrato alla sonda miniaturizzata completamente confezionata, Journal of Optical Microsystems (2023). DOI:10.1117/1.JOM.4.1.011005
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