Forskere gjør små fotoniske brikker til funksjonelle temperatursensorer

I likhet med elektronikk kan fotoniske kretser miniatyriseres på brikker, noe som resulterer i fotoniske integrerte kretser (PIC). Selv om denne utviklingen er senere enn innen elektronikk, er feltet vitne til en rivende utvikling de siste årene.
En stor utfordring er imidlertid hvordan man konverterer en slik PIC til en funksjonell enhet - dette krever optisk pakking og koblingsstrategier for å bringe lys inn i PIC og ta lys ut av PIC.
For eksempel, for optisk kommunikasjon, trengs optiske fibre for å lage forbindelser og deretter overføre lyspulser over lange avstander. Alternativt kan PIC-en inneholde en optisk sensor som krever eksternt lys for å lese.
Fordi lyset på PIC-en beveger seg i veldig små kanaler (kalt "bølgeledere") med sub-mikron-dimensjoner, er denne optiske koblingen svært utfordrende og krever nøye justering mellom PIC og de eksterne komponentene. Optikken er også veldig skjør, så riktig innpakning av PIC er avgjørende for å produsere en pålitelig enhet.
Forskningsgruppene til Prof. Van Steenberge og Prof. Jeroen Missinne ved Ghent University og imec utvikler løsninger for å overvinne pakkings- og integrasjonsutfordringene knyttet til PIC-er for neste generasjons telekomsystemer, sensorer og biomedisinsk utstyr.
En av deres anstrengelser er å bruke svært små mikrolinser for lettere å koble optiske kanaler på PIC-er til eksterne optiske fibre eller andre komponenter. Til slutt lyktes de med å demonstrere mikrolinser som kan integreres i selve PIC under fremstilling eller eksterne mikrolinser som kan legges til under pakking.
Sistnevnte var gjenstand for en artikkel som nylig ble publisert i Journal of Optical Microsystems.
I løpet av studien ble en liten kulelinse, 300 mikron i diameter, brukt for å skape en effektiv forbindelse mellom sensorene på PIC og en optisk fiber som kunne kobles til en standard avlesningsenhet.
I tillegg beskriver papiret importtrinnene som kreves for å konvertere PIC til en funksjonell og fullstendig innkapslet miniatyrsensorsonde (mindre enn 2 mm i diameter). Typen optisk sensor utviklet i denne demonstrasjonen er en Bragg gittertemperatursensor som kan måle opptil 180 grader.
Sensoren ble realisert innenfor rammen av det europeiske SEER-prosjektet med Argotech (Tsjekkia) og Photonics Communication Research Laboratory ved National Technical University of Athens (Hellas).
I dette prosjektet fokuserer flere europeiske partnere på integrering av optiske sensorer i produksjonsprosesser for fremstilling av komposittkomponenter som fly, noe som til slutt fører til prosessoptimalisering, energi- og kostnadsbesparelser.