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Circuitos integrados fotónicos mejorados mediante acoplamiento vertical

Científicos dotados de financiación de la Unión Europea han demostrado que ciertas arquitecturas optomecánicas novedosas que pueden integrarse en chips de silicio. Sus resultados abren la posibilidad de construir nuevos dispositivos con circuitos integrados fotónicos inéditos.
Circuitos integrados fotónicos mejorados mediante acoplamiento vertical
Del mismo modo que en la electrónica se aprovechan los electrones, en la fotónica se manipulan fotones, que son la unidad cuántica de la luz y del resto de formas de radiación electromagnética. El uso de fuerzas ópticas o de la presión de radiación para manipular la materia ha dado lugar al campo de la optomecánica. En los sistemas fotónicos optomecánicos se acoplan los modos óptico y mecánico.

Uno de los componentes clave de los circuitos fotónicos es la cavidad óptica o resonador, que consiste en un oscilador mecánico y un sistema que guía la luz. El resonador puede estar hecho con materiales activos o pasivos; las propiedades de los primeros cambian en función de la luz recibida, mientras que los segundos permanecen constantes. En el proyecto 'Active and passive photonics with coupled optomechanical resonators' (APPCOPTOR), financiado por la UE, se estudiaron ambos sistemas con vistas a integrarlos en chips de silicio.

Se estudió el acoplamiento vertical entre un resonador pasivo y una guía de onda rectilínea (banda coplanar del resonador), de modo que el resonador se sitúa sobre la guía de onda, y se obtuvieron resultados inéditos que podrían tener consecuencias importantes para los circuitos ópticos. Se demostró que, por causa de la banda vertical, existe más de una condición de potencia máxima relativa. También se demostró la posibilidad de integrar resonadores de factor de calidad ultra alta (UHQ) en la guía de onda rectilínea. A grandes rasgos, hasta ahora no se ha aprovechado el potencial que encierran estos microrresonadores por su incompatibilidad con las configuraciones planas que requieren los circuitos de silicio.

Los investigadores lograron avances importantes en materiales de ganancia activa enfocados hacia una amplificación óptica no lineal en dispositivos de silicio nanocristalino (nc-Si). La biestabilidad óptica es una propiedad no lineal de un resonador que tiene dos estados estables de salida de transmisión por una única entrada óptica. Ha sido objeto de una intensa labor investigativa al poseer relevancia directa para los conmutadores totalmente ópticos, las puertas lógicas y los dispositivos de memoria. Los resultados obtenidos apuntan a la posibilidad de construir dispositivos ópticos no lineales eficientes con resonadores UHQ basados en nc-Si.

La investigación de APPCOPTOR ha permitido conocer más a fondo la optomecánica y su aplicación a circuitos con fotónica integrada. Se espera que los frutos de este proyecto faciliten la creación de dispositivos fotónicos novedosos con grandes posibilidades de solucionar las limitaciones, en cuanto a tamaño y funcionalidad, que lastran la electrónica convencional.

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