Forskere gør små fotoniske chips til funktionelle temperatursensorer

I lighed med elektronik kan fotoniske kredsløb miniaturiseres på chips, hvilket resulterer i fotoniske integrerede kredsløb (PIC'er). Selvom disse udviklinger er senere end inden for elektronik, er feltet vidne til en rivende udvikling i de senere år.
En stor udfordring er dog, hvordan man konverterer sådan en PIC til en funktionel enhed - dette kræver optisk pakning og koblingsstrategier for at bringe lys ind i PIC'en og tage lys ud af PIC'en.
For eksempel til optisk kommunikation er optiske fibre nødvendige for at skabe forbindelser og derefter transmittere lysimpulser over lange afstande. Alternativt kunne PIC'en rumme en optisk sensor, der kræver eksternt lys for at læse.
Fordi lyset på PIC'en bevæger sig i meget små kanaler (kaldet "bølgeledere") med sub-mikron dimensioner, er denne optiske kobling meget udfordrende og kræver omhyggelig justering mellem PIC'en og de eksterne komponenter. Optikken er også meget skrøbelig, så korrekt indpakning af PIC'en er afgørende for at producere en pålidelig enhed.
Forskergrupperne tilhørende Prof. Van Steenberge og Prof. Jeroen Missinne ved Gent Universitet og imec er ved at udvikle løsninger til at overvinde de pakke- og integrationsudfordringer, der er forbundet med PIC'er til næste generations telekommunikationssystemer, sensorer og biomedicinske enheder.
En af deres bestræbelser er at bruge meget små mikrolinser til lettere at forbinde optiske kanaler på PIC'er til eksterne optiske fibre eller andre komponenter. Endelig lykkedes det at demonstrere mikrolinser, der kan integreres i selve PIC'en under fremstillingen eller eksterne mikrolinser, der kan tilføjes under pakningen.
Sidstnævnte var genstand for et papir, der for nylig blev offentliggjort i Journal of Optical Microsystems.
I løbet af undersøgelsen blev en lille kuglelinse, 300 mikrometer i diameter, brugt til at skabe en effektiv forbindelse mellem sensorerne på PIC'en og en optisk fiber, der kunne forbindes til en standard udlæsningsenhed.
Derudover beskriver papiret de importtrin, der kræves for at konvertere PIC'en til en funktionel og fuldt indkapslet miniaturesensorsonde (mindre end 2 mm i diameter). Den type optiske sensor, der er udviklet i denne demonstration, er en Bragg gittertemperatursensor, der kan måle op til 180 grader.
Sensoren blev realiseret inden for rammerne af det europæiske SEER-projekt med Argotech (Tjekkiet) og Photonics Communication Research Laboratory ved Athens Nationale Tekniske Universitet (Grækenland).
I dette projekt fokuserer flere europæiske partnere på integration af optiske sensorer i fremstillingsprocesser til fremstilling af kompositkomponenter såsom fly, hvilket i sidste ende fører til procesoptimering, energi- og omkostningsbesparelser.