Les chercheurs ont développé une méthode pour fabriquer des circuits photoniques en silicium configurables. Ils l'ont utilisé pour fabriquer un circuit de commutation photonique programmable 1 X 4 qui produit une sortie à l'un des quatre ports (P1-P4) (a) et un circuit de commutation photonique 2 X 2 avec deux ports de sortie (P1, P2) (b). Crédit :Xia Chen, Université de Southampton
Les chercheurs ont développé une nouvelle façon de construire des unités de commutation intégrées programmables et écoénergétiques sur une puce photonique au silicium. La nouvelle technologie est sur le point de réduire les coûts de production en permettant à un circuit optique générique d'être fabriqué en vrac, puis programmé plus tard pour des applications spécifiques telles que les systèmes de communication, Circuits LIDAR ou applications informatiques.
"La photonique sur silicium est capable d'intégrer des dispositifs optiques et des circuits microélectroniques avancés sur une seule puce, " a déclaré Xia Chen, membre de l'équipe de recherche de l'Université de Southampton. " Nous nous attendons à ce que les circuits photoniques sur silicium configurables élargissent considérablement le champ d'applications de la photonique sur silicium tout en réduisant les coûts, rendant cette technologie plus utile pour les applications grand public."
Dans la revue The Optical Society (OSA) Optique Express , des chercheurs dirigés par Graham Reed démontrent la nouvelle approche des unités de commutation qui peuvent être utilisées comme blocs de construction pour créer de plus grandes puces, circuits photoniques programmables.
"La technologie que nous avons développée aura un large éventail d'applications, " dit Chen. " Par exemple, il pourrait être utilisé pour fabriquer des dispositifs de détection intégrés pour détecter des substances biochimiques et médicales ainsi que des émetteurs-récepteurs optiques pour les connexions utilisées dans les systèmes informatiques haute performance et les centres de données. »
Composants effaçables
Le nouveau travail s'appuie sur des recherches antérieures dans lesquelles les chercheurs ont développé une version effaçable d'un composant optique connu sous le nom de coupleur de réseau en implantant des ions germanium dans du silicium. Ces ions induisent des dommages qui modifient l'indice de réfraction du silicium dans cette zone. Le chauffage de la zone locale à l'aide d'un processus de recuit laser peut ensuite être utilisé pour inverser l'indice de réfraction et effacer le coupleur de réseau.
Les chercheurs ont développé un sondeur à l'échelle d'une plaquette qui est actuellement testé à l'Université de Southampton (à gauche). Le sondeur peut effectuer de manière autonome et précise des tests de dispositifs optiques et électriques ainsi qu'un recuit laser à une vitesse moyenne de moins de 30 secondes par dispositif. Les images de droite montrent de plus près l'étage de positionnement piloté par logiciel pour les mesures autonomes (en haut à droite) et les fibres d'entrée/sortie positionnées au-dessus de la plaquette de 8 pouces (en bas à droite). Crédit :Xia Chen, Université de Southampton
Dans le Optique Express papier, les chercheurs décrivent comment ils ont appliqué la même technique d'implantation d'ions germanium pour créer des guides d'ondes effaçables et des coupleurs directionnels, composants pouvant être utilisés pour fabriquer des circuits et des commutateurs reconfigurables. C'est la première fois que des guides d'ondes effaçables submicroniques sont créés en silicium.
"Nous pensons normalement à l'implantation ionique comme quelque chose qui induira de grandes pertes optiques dans un circuit intégré photonique, " dit Chen. " Cependant, nous avons découvert qu'une structure soigneusement conçue et l'utilisation de la bonne recette d'implantation ionique peuvent créer un guide d'ondes qui transporte des signaux optiques avec une perte optique raisonnable."
Construire des circuits programmables
Ils ont démontré la nouvelle approche en concevant et en fabriquant des guides d'ondes, coupleurs directionnels et circuits de commutation 1 X 4 et 2 X 2, en utilisant la fonderie de fabrication Cornerstone de l'Université de Southampton. Les dispositifs photoniques de différentes puces testés avant et après la programmation avec recuit laser ont montré des performances constantes.
Parce que la technique implique de changer physiquement le routage du guide d'ondes photonique via une opération unique, aucune alimentation supplémentaire n'est nécessaire pour conserver la configuration lors de la programmation. Les chercheurs ont également découvert que le recuit électrique, à l'aide d'un réchauffeur local intégré, ainsi que le recuit laser peuvent être utilisés pour programmer les circuits.
Les chercheurs travaillent avec une société appelée ficonTEC pour rendre cette technologie pratique en dehors du laboratoire en développant un moyen d'appliquer le processus de recuit laser et/ou électrique à l'échelle d'une plaquette, à l'aide d'un wafer prober conventionnel (wafer testing machine), afin que des centaines ou des milliers de puces puissent être programmées automatiquement. Ils travaillent actuellement à l'intégration des processus de recuit laser et électrique dans un tel sondeur à l'échelle de la plaquette - un instrument que l'on trouve dans la plupart des fonderies électro-photoniques - en cours de test à l'Université de Southampton.
