Исследователи превратили крошечные фотонные чипы в функциональные датчики температуры

Подобно электронике, фотонные схемы можно миниатюризировать на чипах, в результате чего получаются фотонные интегральные схемы (PIC). Хотя эти разработки произошли позже, чем в электронике, в последние годы в этой области наблюдается быстрое развитие.
Однако основная проблема заключается в том, как преобразовать такой PIC в функциональное устройство - для этого требуются стратегии оптической упаковки и соединения, чтобы подавать свет в PIC и забирать свет из PIC.
Например, для оптической связи оптические волокна необходимы для установления соединений и последующей передачи световых импульсов на большие расстояния. Альтернативно, PIC может содержать оптический датчик, для считывания которого требуется внешний свет.
Поскольку свет в PIC распространяется по очень маленьким каналам (так называемым «волноводам») субмикронных размеров, такое оптическое соединение является очень сложным и требует тщательного согласования между PIC и внешними компонентами. Оптика также очень хрупкая, поэтому правильная упаковка PIC имеет решающее значение для создания надежного устройства.
Исследовательские группы профессора Ван Стинберга и профессора Йеруна Миссинна из Гентского университета и компании imec разрабатывают решения для преодоления проблем упаковки и интеграции, связанных с PIC для телекоммуникационных систем, датчиков и биомедицинских устройств следующего поколения.
Одна из их попыток — использовать очень маленькие микролинзы для более простого подключения оптических каналов на PIC к внешним оптическим волокнам или другим компонентам. Наконец, им удалось продемонстрировать микролинзы, которые можно интегрировать в сам PIC во время изготовления, или внешние микролинзы, которые можно добавить во время упаковки.
Последнее стало предметом статьи, недавно опубликованной в Журнале оптических микросистем.
В ходе исследования небольшая шариковая линза диаметром 300 микрон использовалась для создания эффективного соединения между датчиками на PIC и оптическим волокном, которое можно было подключить к стандартному считывающему устройству.
Кроме того, в документе описаны шаги импорта, необходимые для преобразования PIC в функциональный и полностью герметизированный миниатюрный сенсорный зонд (диаметром менее 2 мм). Тип оптического датчика, разработанного в этой демонстрации, представляет собой датчик температуры с решеткой Брэгга, который может измерять температуру до 180 градусов.
Датчик был реализован в рамках европейского проекта SEER совместно с Argotech (Чехия) и Научно-исследовательской лабораторией фотоники в Афинском национальном техническом университете (Греция).
В этом проекте несколько европейских партнеров сосредоточены на интеграции оптических датчиков в производственные процессы изготовления композитных компонентов, таких как самолеты, что в конечном итоге приводит к оптимизации процессов, экономии энергии и затрат.