Forskere forvandler en lille fotonisk chip til en funktionel temperatursensor

I lighed med elektronik kan fotoniske kredsløb miniaturiseres på en chip, hvilket fører til et såkaldt fotonisk integreret kredsløb (PIC). Selvom denne udvikling er nyere end for elektronik, er dette område under hastig udvikling. Et af hovedproblemerne er imidlertid at gøre sådan en PIC til en funktionel enhed. Dette kræver optisk pakning og koblingsstrategier for at bringe lys ind i og få lys ud af PIC'en.

For eksempel skal der til optisk kommunikation laves en forbindelse med optiske fibre, som så transporterer lysimpulserne over lange afstande. Alternativt kunne PIC'en rumme en optisk sensor, som kræver eksternt lys til sin udlæsning.

Da lys på en PIC forplanter sig i meget små kanaler med sub-mikrometer dimensioner, kaldet bølgeledere, er denne optiske kobling meget udfordrende og kræver omhyggelig justering mellem PIC og eksterne komponenter. De optiske komponenter er også meget skrøbelige, så korrekt indpakning af PIC'en er afgørende for at resultere i en pålidelig enhed.

Forskerholdet af prof. Van Steenberge og prof. Jeroen Missinne ved Gent Universitet og imec er ved at udvikle løsninger til at overvinde pakke- og integrationsudfordringerne relateret til PIC'er til næste generations telekommunikationssystemer, sensorer og biomedicinske enheder.

En af deres aktiviteter er fokuseret på at bruge meget små linser (mikrolenser) for lettere at forbinde de optiske kanaler på PIC'er med eksterne optiske fibre eller andre elementer. De har demonstreret mikrolinser, der kan integreres i selve PIC'en under fremstillingsprocessen eller eksterne mikrolinser, der tilføjes under emballeringsprocessen.

Sidstnævnte er emnet for en nylig artikel i Journal of Optical Microsystems .

En lille kuglelinse med en diameter på 300 um blev brugt til at lave en effektiv forbindelse mellem en sensor på en PIC og en optisk fiber, som kan tilsluttes standardudlæsningsudstyr.

Derudover beskriver papiret de importtrin, der var nødvendige for at transformere PIC'en til en funktionel og fuldt pakket miniaturesensorsonde (mindre end 2 mm i diameter). Den type optisk sensor, der blev udviklet i denne demonstration, var en Bragg gittertemperatursensor, der kunne måle op til 180°C.

Sensoren blev realiseret inden for rammerne af det europæiske SEER-projekt sammen med Argotech (Tjekkiet) og Photonics Communications Research Laboratory ved Athens Nationale Tekniske Universitet (Grækenland). I dette projekt fokuserer flere europæiske partnere på at integrere optiske sensorer i fremstillingsrutinerne til fremstilling af kompositdele som dem, der bruges i fly, hvilket i sidste ende vil muliggøre procesoptimering, energibesparelser og omkostningsbesparelser.

Flere oplysninger: Jeroen Missinne et al., Silicon fotonisk temperatursensor:fra fotonisk integreret chip til fuldt pakket miniaturesonde, Journal of Optical Microsystems (2023). DOI:10.1117/1.JOM.4.1.011005

Leveret af SPIE