El futuro parece brillante para los circuitos integrados fotónicos (PIC), ya que parecen destinados a ser utilizados en tecnologías de computación cuántica y aprendizaje profundo. Como los PIC transmiten señales luminosas en lugar de señales eléctricas, Es esencial un control preciso de sus propiedades refractivas. Las técnicas tradicionales para programar dispositivos fotónicos se basan en la exposición a la luz y al calor. Sin embargo, esto conduce a un alto consumo de energía y requiere circuitos de control complejos.

Investigadores de dos departamentos diferentes de la Universidad Tecnológica de Eindhoven han desarrollado un enfoque nuevo y no tradicional basado en polímeros que reduce significativamente el tiempo de programación y aumenta las posibilidades de programación de los PIC. Esto podría mejorar radicalmente el rendimiento de fabricación de PIC programables. La investigación ha sido publicada en Materiales ópticos avanzados .

Los circuitos integrados fotónicos reprogramables (PIC) manipulan la ruta de las señales de luz portadoras de datos y están hechos de materiales cuyo índice de refracción se puede cambiar. Para maximizar el control de la señal y minimizar las pérdidas ópticas, un robusto, Se requiere un método confiable y rápido para hacer PIC.

Teniendo esto en cuenta, Investigadores del departamento de Ingeniería Eléctrica (dirigido por el Dr. Mahir Mohammed y el Profesor Asociado Oded Raz) y del departamento de Ingeniería Química y Química (dirigido por Christian Sproncken y el Profesor Ilja Voets) han desarrollado un método de fabricación novedoso para PIC programables que involucra Recubrimiento de materiales fotónicos con polímeros cuyas propiedades ópticas se pueden ajustar ampliamente en cuestión de minutos utilizando soluciones ácidas de pH variable. Este es un enfoque nuevo y único para hacer PIC programables, ya que implica el uso de polímeros y soluciones ácidas, en lugar de exponer materiales fotónicos a la luz y luego regular las propiedades refractivas usando calor.

Revestimiento PEM para dispositivos fotónicos

Antes de fabricar los nuevos dispositivos fotónicos recubiertos de polímero, Los investigadores primero confirmaron que las propiedades ópticas de la multicapa de polielectrolito sensible (PEM), un material que se compone de varias capas de PEM, podrían cambiarse de manera reversible. Las muestras de silicio recubiertas con PEM se sometieron a ciclos de acidificación y neutralización sumergiendo alternativamente las muestras en soluciones de pH variable. Una solución de pH bajo (muy ácida) dio lugar a capas de PEM delgadas con un índice de refracción alto, mientras que las soluciones de pH más alto (menos ácidas) dieron como resultado capas de PEM gruesas con un índice de refracción más bajo. La disminución del índice de refracción se debe a un aumento en el número de orificios (aumento de la porosidad) en el material.

Luego, los autores colocaron un revestimiento PEM primero por completo y luego parcialmente sobre un dispositivo fotónico. Usando el proceso de acidificación cíclica, variaron el grosor del revestimiento (y como resultado su índice de refracción). Este nuevo enfoque ofrece una amplia gama de control y flexibilidad cuando se trata de producir dispositivos fotónicos programables. En tono rimbombante, Los dispositivos se pueden programar en cuestión de minutos utilizando el enfoque. Aún más impresionante, el estado programado es no volátil y estable hasta por 15 semanas.

Estímulo para la colaboración

El estímulo para esta colaboración interdepartamental provino de Mahir Mohammed:"Leí un artículo de 2002 de un grupo en el MIT que demostró que el índice de refracción de PEM podría cambiarse usando soluciones ácidas. Nos comunicamos con el departamento de CEC y nos reunimos con Ilja Voets y su grupo. El resto, como dicen, es historia ". Coautor Christian Sproncken, un doctorado candidato en el Grupo Autoorganizado de Materia Blanda de Ilja Voets, señalado, "Fue genial usar técnicas de mi campo de una manera diferente. Muchos verán esto como una forma no tradicional de hacer PIC, ¡pero mostramos lo que es posible con este enfoque! "

Según Oded Raz, "Esta es una dirección completamente nueva para hacer fotónica reconfigurable y allana el camino para la producción en masa de bajo costo de PIC reprogramables", mientras que Ilja Voets también se mostró entusiasmada con los hallazgos:"Las colaboraciones multidisciplinarias brindan una oportunidad para progresar simultáneamente en múltiples campos. Este estudio ha demostrado que nuestra experiencia en polímeros se puede aplicar de una manera nueva y refrescante que conduce al potencial de componentes fotónicos clave en el futuro tecnologías fotónicas ".