Materiales para fibra óptica con función electrónica integrada

Por primera vez, un grupo de químicos, físicos e ingenieros ha desarrollado materiales cristalinos que permiten una fibra óptica alta velocidad que tiene integradas las funciones electrónicas. Las aplicaciones potenciales de estas fibras ópticas incluyen mejora de las telecomunicaciones y otras tecnologías híbridas ópticas y electrónicas,  tecnología láser mejorada y dispositivos de teledetección más precisos. La investigación fue iniciada por Rongrui He, investigador postdoctoral en el Departamento de Química de la Universidad de Penn State. El equipo internacional, liderado por John Badding, un profesor de química en la Universidad Estatal de Pensilvania, publicará sus conclusiones en la revista Nature Photonics.

Badding explicó que uno de los grandes retos tecnológicos actuales es el intercambio de información entre la óptica y la electrónica de forma rápida y eficiente. La tecnología existente ha dado lugar a formas a veces torpes de fusión de fibras ópticas con chips electrónicos, a base de silicio, que sirven como bloques de construcción para la mayoría de los dispositivos electrónicos semiconductores, tales como células solares, diodos emisores de luz (LED), computadoras, y  teléfonos celulares. “La fibra óptica es generalmente un medio pasivo que simplemente transporta la luz, mientras que el chip es la pieza que lleva a cabo la parte electrónica de la ecuación”, dijo Badding. “Por ejemplo, la luz se transmite desde Londres a Nueva York a través de cables de fibra óptica cuando dos personas establecen una llamada de vídeo en sus computadoras. Sin embargo, las pantallas de los ordenadores y dispositivos electrónicos asociados tienen que tomar esa luz y convertirla en una imagen, que es un proceso electrónico, la luz y la electricidad están trabajando en conjunto en un proceso llamado conversión OEO, o una conversión óptica-eléctrica-óptica “. Badding dijo que, idealmente, en lugar de acoplamiento de la fibra óptica al chip, como es de rutina en la tecnología existente, una “fibra inteligente” tendría las funciones electrónicas ya construidas adentro

La integración de las fibras ópticas y chips es difícil por muchas razones. En primer lugar, las fibras son redondas y cilíndricas, mientras que los chips son planos, por lo que simplemente la configuración de la conexión entre los dos es un reto. Otro desafío es la alineación de las piezas que son tan pequeñas. “Una fibra óptica es 10 veces menor que la anchura de un cabello humano. Además de eso, hay luz que guían las vías que se construyen en los chips que son incluso más pequeñas que las fibras de hasta 100 veces”, dijo Badding. “Así que imagínate tratando de alinear los dos dispositivos. Esa hazaña es un gran reto para la tecnología de hoy.”

Para enfrentar estos desafíos, los miembros del equipo tomaron un enfoque diferente. En lugar de combinar un chip plano con una fibra óptica, encontraron una manera de construir un nuevo tipo de fibra óptica con su propio componente electrónico integrado, evitando así la necesidad de integrar la fibra óptica en un chip. Para ello, utilizaron técnicas de alta presión de química para depositar materiales semiconductores directamente, capa por capa, en pequeños agujeros en las fibras ópticas. “El gran avance es que no necesitamos todo el chip, como parte del producto terminado, hemos logrado construir la unión -. El límite activo, donde toda la acción electrónica se lleva a cabo – a la derecha en la fibra”, dijo Pier JA Sazio de la Universidad de Southampton en el Reino Unido y uno de los líderes del equipo. “Por otra parte, mientras que la fabricación convencional de chips  requiere de millones de dólares de las instalaciones de sala limpia, nuestro proceso se puede realizar con un equipo sencillo que cuesta mucho menos.”

Sazio agregó que uno de los objetivos clave de la investigación en este campo es la creación de una forma rápida, toda la red de fibra. “Si la señal no sale de la fibra, entonces se trata de una tecnología más rápida, más barata y más eficiente”, dijo Sazio. “El traslado de la tecnología del chip directamente sobre la fibra, que es el lugar más natural para la luz, abre la posibilidad de semiconductores embebidos para llevar aplicaciones optoelectrónicas al siguiente nivel. En la actualidad, todavía tiene conmutación eléctrica en ambos extremos de la fibra óptica. Si en realidad podemos generar señales dentro de una fibra, se  hace posible una gama entera de aplicaciones optoelectrónicas.”

La investigación también tiene muchas posibles aplicaciones en telecomunicaciones. “Por ejemplo, nuestro trabajo también representa un enfoque muy diferente a los cruces de semiconductores de fabricación que estamos investigando para aplicaciones de células solares”, dijo Badding.

Fuente: EurekAlert!