Forskare förvandlar små fotoniska chips till funktionella temperatursensorer

I likhet med elektronik kan fotoniska kretsar miniatyriseras på chips, vilket resulterar i fotoniska integrerade kretsar (PIC). Även om denna utveckling är senare än den inom elektronik, har området bevittnat en snabb utveckling de senaste åren.
En stor utmaning är dock hur man omvandlar en sådan PIC till en funktionell enhet - detta kräver optisk packning och kopplingsstrategier för att föra in ljus i PIC och ta ut ljus ur PIC.
Till exempel, för optisk kommunikation, behövs optiska fibrer för att göra anslutningar och sedan överföra ljuspulser över långa avstånd. Alternativt kan PIC:n inrymma en optisk sensor som kräver externt ljus för att läsa.
Eftersom ljuset på PIC:n färdas i mycket små kanaler (kallade "vågledare") med submikrondimensioner, är denna optiska koppling mycket utmanande och kräver noggrann inriktning mellan PIC:n och de externa komponenterna. Optiken är också mycket ömtålig, så korrekt förpackning av PIC är avgörande för att producera en pålitlig enhet.
Forskargrupperna för Prof. Van Steenberge och Prof. Jeroen Missinne vid Gents universitet och imec utvecklar lösningar för att övervinna de paketerings- och integrationsutmaningar som är förknippade med PIC:er för nästa generations telekomsystem, sensorer och biomedicinska enheter.
En av deras ansträngningar är att använda mycket små mikrolinser för att lättare ansluta optiska kanaler på PIC:er till externa optiska fibrer eller andra komponenter. Slutligen lyckades de demonstrera mikrolinser som kan integreras i själva PIC under tillverkning eller externa mikrolinser som kan läggas till under förpackning.
Det senare var föremål för en artikel som nyligen publicerades i Journal of Optical Microsystems.
Under studiens gång användes en liten kullins, 300 mikron i diameter, för att skapa en effektiv koppling mellan sensorerna på PIC:n och en optisk fiber som kunde anslutas till en standardavläsningsenhet.
Dessutom beskriver uppsatsen importstegen som krävs för att omvandla PIC till en funktionell och helt inkapslad miniatyrsensorsond (mindre än 2 mm i diameter). Den typ av optisk sensor som utvecklats i denna demonstration är en Bragg gallertemperatursensor som kan mäta upp till 180 grader.
Sensorn realiserades inom ramen för det europeiska SEER-projektet med Argotech (Tjeckien) och Photonics Communication Research Laboratory vid National Technical University of Athens (Grekland).
I detta projekt fokuserar flera europeiska partners på integrationen av optiska sensorer i tillverkningsprocesser för tillverkning av kompositkomponenter som flygplan, vilket i slutändan leder till processoptimering, energi- och kostnadsbesparingar.