Net als bij elektronica kunnen fotonische circuits op een chip worden geminiaturiseerd, wat leidt tot een zogenaamd fotonisch geïntegreerd circuit (PIC). Hoewel deze ontwikkelingen recenter zijn dan die voor de elektronica, evolueert dit vakgebied snel. Een van de belangrijkste problemen is echter om van een dergelijke PIC een functioneel apparaat te maken. Dit vereist optische verpakkings- en koppelingsstrategieën om licht in en uit de PIC te halen.

Voor optische communicatie moet er bijvoorbeeld een verbinding gemaakt worden met optische vezels, die de lichtpulsen vervolgens over grote afstanden transporteren. Als alternatief zou de PIC een optische sensor kunnen huisvesten die extern licht nodig heeft om te kunnen uitlezen.

Omdat licht op een PIC zich voortplant in zeer kleine kanaaltjes met afmetingen onder de micrometer, golfgeleiders genoemd, is deze optische koppeling zeer uitdagend en vereist een zorgvuldige uitlijning tussen de PIC en externe componenten. De optische componenten zijn ook erg kwetsbaar, dus een goede verpakking van de PIC is van cruciaal belang om een ​​betrouwbaar apparaat te verkrijgen.

Het onderzoeksteam van prof. Van Steenberge en prof. Jeroen Missinne aan de Universiteit Gent en imec ontwikkelt oplossingen om de verpakkings- en integratie-uitdagingen gerelateerd aan PIC's voor de volgende generatie telecommunicatiesystemen, sensoren en biomedische apparaten te overwinnen.

Eén van hun activiteiten is gericht op het gebruik van zeer kleine lenzen (microlenzen) om de optische kanalen op PIC's gemakkelijker te verbinden met externe optische vezels of andere elementen. Ze hebben microlenzen gedemonstreerd die tijdens het fabricageproces in de PIC zelf kunnen worden geïntegreerd, of externe microlenzen die tijdens het verpakkingsproces worden toegevoegd.

Dit laatste is het onderwerp van een recent artikel in het Journal of Optical Microsystems .

Er is gebruik gemaakt van een kleine kogellens met een diameter van 300 um om een ​​efficiënte verbinding te maken tussen een sensor op een PIC en een optische vezel die kan worden aangesloten op standaard uitleesapparatuur.

Daarnaast beschrijft het artikel de importstappen die nodig waren om de PIC om te vormen tot een functionele en volledig verpakte miniatuursensorsonde (minder dan 2 mm in diameter). Het type optische sensor dat in deze demonstratie werd ontwikkeld, was een Bragg-roostertemperatuursensor die tot 180°C kon meten.

De sensor werd gerealiseerd in het kader van het Europese SEER-project samen met Argotech (Tsjechië) en het Photonics Communications Research Laboratory van de Nationale Technische Universiteit van Athene (Griekenland). In dit project richten verschillende Europese partners zich op het integreren van optische sensoren in de productieroutines voor het maken van composietonderdelen, zoals die worden gebruikt in vliegtuigen, wat uiteindelijk procesoptimalisatie, energiebesparingen en kostenbesparingen mogelijk zal maken.

Meer informatie: Jeroen Missinne et al, Silicium fotonische temperatuursensor:van fotonische geïntegreerde chip tot volledig verpakte miniatuursonde, Journal of Optical Microsystems (2023). DOI:10.1117/1.JOM.4.1.011005

Geleverd door SPIE