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La fotónica de silicio es una tecnología en evolución que transfiere datos entre chips de computadora mediante el uso de rayos ópticos que pueden transportar muchos más datos en menos tiempo que los conductores eléctricos. El concepto implica combinar la tecnología láser y de silicio en un solo chip, un chip fotónico de silicio.
Es un área de tecnología enormemente prometedora que experimentó un crecimiento impresionante el año pasado, con el envío de más de 3.5 millones de transceptores fotónicos de silicio para centros de datos, con ingresos de alrededor de $ 364 millones. Desde ahora hasta 2026, Global Market Insights espera que el mercado de la fotónica de silicio crezca a más del 30% interanual a un valor de más de $ 3 mil millones.

Aplicaciones fotónicas de silicio en expansión

Ahora, en un movimiento que podría hacer que el mercado de la fotónica de silicio crezca aún más, los investigadores han desarrollado un nuevo método para construir unidades de conmutación integradas programables y de bajo consumo de energía en un chip de fotónica de silicio. Al permitir que un circuito óptico genérico se fabrique a granel y luego se programe para aplicaciones específicas, como LiDAR, el nuevo método podría reducir significativamente los costos de producción, una barrera importante para los fabricantes, y permitir un acceso más amplio.
"La fotónica de silicio es capaz de integrar dispositivos ópticos y circuitos microelectrónicos avanzados en un solo chip", dijo Xia Chen, miembro del equipo de investigación de la Universidad de Southampton. "Esperamos que los circuitos fotónicos de silicio configurables amplíen en gran medida el alcance de las aplicaciones para la fotónica de silicio al tiempo que reducen los costos, lo que hace que esta tecnología sea más útil para aplicaciones de consumo".

El prober de escala de obleas que está probando la Universidad de Southampton (izquierda). El prober realiza de forma autónoma y precisa pruebas de dispositivos ópticos y eléctricos a una velocidad promedio de menos de 30 segundos por dispositivo. Imagen acreditada a Xia Chen, Universidad de Southampton

Componentes borrables

El trabajo del equipo se basa en investigaciones anteriores en las que se desarrolló una versión borrable de un componente óptico. Este componente, conocido como acoplador de rejilla, se creó implantando iones de germanio en silicio. Estos iones inducen daños que alteran el índice de refracción del silicio en el área donde se implantan. Una vez alterado, se puede aplicar calor al área local mediante un proceso de recocido con láser que invierte el índice de refracción y borra el acoplador de rejilla.
En su propia investigación, el equipo describe cómo aplicaron esta técnica de implantación de iones de germanio para crear guías de onda borrables y acopladores direccionales, componentes que pueden usarse para hacer circuitos e interruptores reconfigurables. Esta es la primera vez que se crean guías de onda borrables submicrónicas en silicio. "… descubrimos que una estructura cuidadosamente diseñada y el uso de la receta correcta de implantación de iones puede crear una guía de ondas que transporta señales ópticas con una pérdida óptica razonable", dijo Chen.

Una amplia gama de aplicaciones

Los investigadores demostraron este enfoque diseñando y fabricando guías de ondas, acopladores direccionales y circuitos de conmutación 1 X 4 y 2 X 2. El dispositivo fotónico de diferentes chips probados antes y después del recocido con láser mostró un rendimiento constante. Y debido a que la técnica implica cambiar el enrutamiento de la guía de onda fotónica a través de una operación única, no se utiliza energía adicional para retener la configuración cuando se programa.
La tecnología desarrollada por el equipo de investigación podría tener una amplia gama de aplicaciones. Estos incluyen dispositivos de detección integrados para sustancias bioquímicas y transceptores ópticos para conexiones utilizadas en informática de alto rendimiento.