Los investigadores han desarrollado nuevos materiales poliméricos que son ideales para hacer los enlaces ópticos necesarios para conectar componentes fotónicos basados ​​en chips con circuitos a nivel de placa o fibras ópticas. Los polímeros se pueden utilizar para crear fácilmente interconexiones entre chips fotónicos y placas de circuitos impresos ópticos, el equivalente basado en luz de las placas de circuitos impresos electrónicos.

"Estos nuevos materiales y los procesos que permiten podrían conducir a nuevos y potentes módulos fotónicos basados ​​en la fotónica de silicio", dijo el líder del equipo de investigación, Robert Norwood, de la Universidad de Arizona. "También podrían ser útiles para la detección óptica o para hacer pantallas holográficas para aplicaciones de realidad virtual y aumentada.

La tecnología fotónica de silicio permite que los componentes basados ​​en luz se integren en un pequeño chip. Aunque se han demostrado muchos de los componentes básicos de los dispositivos fotónicos de silicio, se necesitan mejores métodos para fabricar las conexiones ópticas que unen estos componentes para crear sistemas más complejos.

En la revista Optical Materials Express , los investigadores informan sobre nuevos materiales poliméricos que cuentan con un índice de refracción que se puede ajustar con luz ultravioleta (UV) y bajas pérdidas ópticas. Estos materiales permiten que una interconexión óptica monomodo se imprima directamente en un material de película seca utilizando un sistema de litografía de bajo costo y alto rendimiento que es compatible con las técnicas de fabricación CMOS utilizadas para fabricar componentes fotónicos basados ​​en chips.

"Esta tecnología hace que sea más práctico fabricar interconexiones ópticas, que se pueden usar para hacer que Internet, especialmente los centros de datos que lo hacen funcionar, sea más eficiente", dijo Norwood. "En comparación con sus contrapartes electrónicas, las interconexiones ópticas pueden aumentar el rendimiento de datos al tiempo que generan menos calor. Esto reduce el consumo de energía y los requisitos de refrigeración".

Sustitución de cables por luz

La investigación amplía un sistema de material de polímero de viniltiofenol conocido como S-BOC que los investigadores desarrollaron previamente. Este material tiene un índice de refracción que se puede modificar mediante iluminación UV. En el nuevo trabajo, los investigadores fluoraron parcialmente el S-BOC para mejorar su eficiencia lumínica. El nuevo sistema de materiales, llamado FS-BOC, exhibe pérdidas de propagación óptica más bajas que muchos otros materiales de interconexión óptica.

"Con este material podemos usar un proceso que llamamos SmartPrint para escribir directamente interconexiones ópticas entre diferentes elementos de placas de circuitos impresos ópticos, como guías de ondas de vidrio de intercambio iónico (IOX) proporcionadas por nuestro colaborador Lars Brusberg de Corning Incorporated", dijo Norwood.

Para realizar el proceso SmartPrint, se aplica una película FS-BOC directamente a un componente fotónico. No se necesita alineación mecánica porque la interconexión óptica se realiza mediante un sistema de litografía sin máscara que calcula dónde se requiere la interconexión observando los componentes y luego escribiendo la interconexión óptica en el polímero mediante fotoexposición. No es necesario ningún procesamiento adicional aparte de calentar brevemente la película de polímero a 90 °C. Debido a que el enfoque de fabricación no tiene máscara, los patrones de escritura se pueden cambiar sin crear una nueva fotomáscara.

Crear una conexión

Para demostrar los nuevos materiales, los investigadores los depositaron directamente en matrices de guías de ondas de vidrio de intercambio iónico, que se usan comúnmente para dispositivos fotónicos integrados. Luego imprimieron las características de acoplamiento necesarias para permitir que la luz viajara desde una guía de ondas IOX, se propagara hacia la interconexión de polímero recién fabricada y luego ingresara a una segunda guía de ondas IOX adyacente a la guía de ondas IOX inicial.

Según los investigadores, las interconexiones ópticas de polímero funcionaron bien y mostraron bajas pérdidas de propagación y acoplamiento, lo que significa que se perdió muy poca luz mientras viajaba dentro de la interconexión o entre esta y los otros componentes.

Los investigadores ahora están trabajando para mejorar el contraste del índice de refracción del material y el rendimiento a altas temperaturas. "Un contraste de índice de refracción más alto haría que el material fuera más tolerante a las variaciones de fabricación, mientras que es probable que se necesite un rendimiento a alta temperatura para que la interconexión resista los procesos de reflujo de soldadura, que tienen lugar por encima de los 200 °C", dijo Norwood. + Explora más

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