Un circuito integrado fotónico ( PIC ) o circuito óptico integrado es un dispositivo que integra múltiples (al menos dos) funciones fotónicas y, como tal, es similar a un circuito integrado electrónico . La principal diferencia entre los dos es que un circuito integrado fotónico proporciona funciones para señales de información impuestas en longitudes de onda ópticas típicamente en el espectro visible o en el infrarrojo cercano de 850 nm a 1650 nm.
La plataforma de material más utilizada comercialmente para circuitos integrados fotónicos es el fosfuro de indio (InP), que permite la integración de varias funciones ópticamente activas y pasivas en el mismo chip. Los primeros ejemplos de circuitos integrados fotónicos fueron láseres de reflector Bragg (DBR) distribuidos de 2 secciones simples , que constan de dos secciones de dispositivo controladas de forma independiente: una sección de ganancia y una sección de espejo DBR. En consecuencia, todos los láseres sintonizables monolíticos modernos, los láseres ampliamente sintonizables, los láseres y transmisores modulados externamente , los receptores integrados, etc., son ejemplos de circuitos integrados fotónicos. A partir de 2012, los dispositivos integran cientos de funciones en un solo chip. [1] En Bell Laboratories se realizó un trabajo pionero en este campo. Los centros académicos de excelencia de circuitos integrados fotónicos más notables en InP son la Universidad de California en Santa Bárbara, EE. UU., Y la Universidad Tecnológica de Eindhoven en los Países Bajos.
Un desarrollo de 2005 [2] mostró que el silicio puede, aunque es un material de banda prohibida indirecta, todavía ser utilizado para generar luz láser a través de la no linealidad Raman. Dichos láseres no son accionados eléctricamente sino ópticamente y, por lo tanto, todavía necesitan una fuente de láser de bomba óptica adicional.
A diferencia de la integración electrónica donde el silicio es el material dominante, los circuitos integrados fotónicos del sistema se han fabricado a partir de una variedad de sistemas de materiales, incluidos cristales electro-ópticos como niobato de litio , sílice sobre silicio, silicio sobre aislante , varios polímeros y materiales semiconductores que se utilizan para fabricar láseres semiconductores como GaAs e InP. Se utilizan los diferentes sistemas de materiales porque cada uno aporta diferentes ventajas y limitaciones en función de la función a integrar. Por ejemplo, los PIC basados en sílice (dióxido de silicio) tienen propiedades muy deseables para circuitos fotónicos pasivos como los AWG (ver más abajo) debido a sus pérdidas comparativamente bajas y baja sensibilidad térmica, los PIC basados en GaAs o InP permiten la integración directa de fuentes de luz y silicio Los PIC permiten la integración conjunta de la fotónica con la electrónica basada en transistores. [3]
Las técnicas de fabricación son similares a las que se utilizan en los circuitos integrados electrónicos en los que se utiliza la fotolitografía para modelar obleas para el grabado y la deposición de material. A diferencia de la electrónica donde el dispositivo principal es el transistor , no existe un dispositivo dominante único. La gama de dispositivos requeridos en un chip incluye de baja pérdida de interconexión guías de ondas , divisores de potencia, amplificadores ópticos , moduladores ópticos , filtros, láseres y detectores. Estos dispositivos requieren una variedad de materiales y técnicas de fabricación diferentes, lo que dificulta la realización de todos ellos en un solo chip.
Las nuevas técnicas que utilizan interferometría fotónica resonante están dando paso a los LED UV para que se utilicen para los requisitos de computación óptica con costos mucho más baratos, lo que abre el camino a la electrónica de consumo de petahercios PHz .