Naukowcy przekształcają małe chipy fotoniczne w funkcjonalne czujniki temperatury

Podobnie jak w elektronice, obwody fotoniczne można zminiaturyzować na chipach, w wyniku czego powstają fotoniczne układy scalone (PIC). Chociaż rozwój ten nastąpił później niż w elektronice, w ostatnich latach dziedzina ta odnotowuje szybki rozwój.
Jednak głównym wyzwaniem jest przekształcenie takiego PIC w funkcjonalne urządzenie – wymaga to pakowania optycznego i strategii łączenia, aby wprowadzić światło do PIC i usunąć światło z PIC.
Na przykład w komunikacji optycznej potrzebne są światłowody do wykonywania połączeń, a następnie przesyłania impulsów świetlnych na duże odległości. Alternatywnie, PIC może zawierać czujnik optyczny, którego odczyt wymaga światła zewnętrznego.
Ponieważ światło w PIC rozchodzi się w bardzo małych kanałach (zwanych „falowodami”) o wymiarach submikronowych, to sprzężenie optyczne jest bardzo trudne i wymaga starannego ustawienia PIC i komponentów zewnętrznych. Optyka jest również bardzo delikatna, dlatego właściwe opakowanie PIC ma kluczowe znaczenie dla wyprodukowania niezawodnego urządzenia.
Grupy badawcze prof. Van Steenberge i prof. Jeroena Missinne’a z Uniwersytetu w Gandawie oraz imec opracowują rozwiązania, które pozwolą przezwyciężyć wyzwania związane z pakowaniem i integracją związane z układami PIC dla systemów telekomunikacyjnych, czujników i urządzeń biomedycznych nowej generacji.
Jednym z ich wysiłków jest zastosowanie bardzo małych mikrosoczewek w celu łatwiejszego łączenia kanałów optycznych w układach PIC z zewnętrznymi światłowodami lub innymi komponentami. Wreszcie udało im się zademonstrować mikrosoczewki, które można zintegrować z samym PIC podczas produkcji, lub zewnętrzne mikrosoczewki, które można dodać podczas pakowania.
To ostatnie było tematem artykułu opublikowanego niedawno w czasopiśmie Journal of Optical Microsystems.
W trakcie badania wykorzystano małą kulistą soczewkę o średnicy 300 mikronów, aby stworzyć skuteczne połączenie między czujnikami w PIC a światłowodem, który można było podłączyć do standardowego urządzenia odczytowego.
Ponadto w artykule opisano etapy importu wymagane do przekształcenia PIC w funkcjonalną i całkowicie hermetyczną miniaturową sondę czujnikową (o średnicy mniejszej niż 2 mm). Typ czujnika optycznego opracowanego w tej demonstracji to czujnik temperatury z siatką Bragga, który może mierzyć do 180 stopni.
Czujnik został zrealizowany w ramach europejskiego projektu SEER wspólnie z firmą Argotech (Czechy) i Laboratorium Badań nad Komunikacją Fotoniczną Narodowego Uniwersytetu Technicznego w Atenach (Grecja).
W tym projekcie kilku europejskich partnerów koncentruje się na integracji czujników optycznych z procesami produkcyjnymi dotyczącymi wytwarzania komponentów kompozytowych, takich jak samoloty, co ostatecznie prowadzi do optymalizacji procesów oraz oszczędności energii i kosztów.