Advanced Instrumentation for world class microwave and programmable photonics Research- Phase 2

Resumen del proyecto

 

Este proyecto persigue ampliar, mejorar y fortalecer al Photonics Research Labs, grupo de referencia internacional en investigación dentro del campo de la Fotónica, a través de la adquisición de instrumentación y equipamiento inventariable de última generación en las áreas de la Fotónica de Microondas y de la Fotónica Programable.

OG 1) Complementar la financiación ya adquirida a través una serie de proyectos de investigación de excelencia, cuya ventana de ejecución está comprendida entre 2020 y 2023, para poder disponer de equipamiento de alto nivel y calidad, necesario para su ejecución y para la realización de investigación destinada a superar el estado del arte.
OG 2) Completar la dotación recibida a través de la GVA en las convocatorias plurianuales de 2018-2020 y 2020-2021, incluyendo los equipos que no pudieron ser solicitados para no rebasar el límite superior de financiación por actuación.
OG 3) Posicionarse y mantenerse como un laboratorio de medida de referencia mundial en el campo de la Fotónica de Microondas y la Fotónica Programable, abierto a colaboraciones con otras instituciones, así como grupos nacionales y extranjeros. Con ello, se pretende también recuperar parte de la iniciativa y capacidad perdida como resultado de los recortes en financiación de la investigación durante el periodo (2011-2015) y aprovechar el momentum ganado a través de la financiación de proyectos de excelencia y de infraestructuras de la GVA en las dos convocatorias anteriores.
OG 4) Aumentar la productividad de excelencia y mantener el liderazgo mundial del PRL en los campos de la Fotónica de Microondas y la Fotónica Programable al disponer de instrumentación avanzada que permita a sus miembros la realización de medidas y caracterización experimental de nuevos conceptos y líneas de trabajo pioneras que surjan a corto y medio plazo.
OG 5) Incrementar la participación del PRL como socio clave en nuevos proyectos europeos dentro del programa Horizonte-Europa, tanto de consorcio como individuales (Programa ERC), en los que además de aportar un know-how distintivo, el contar con el apoyo de un laboratorio equipado con tecnología punta y una institución de acogida (host institution) potente aporta un valor añadido decisivo.

Estos objetivos se concretan en otra serie de carácter específico y técnico como son:

OE 1) La adquisición de capacidades de encapsulamiento de chips fotónicos a través de la incorporación de una máquina multifuncional, modular y ampliable diseñada para entorno de laboratorio de I+D, capaz de llevar a cabo, de forma automática, las diferentes tareas necesarias en el ensamblaje, preparación y encapsulamiento óptico, eléctrico, térmico y mecánico de circuitos fotónicos integrados de complejidad baja e intermedia. La opción modular permite un coste más reducido y la posibilidad de ampliaciones futuras si fuera necesario mediante la adquisición de nuevas capacidades implementadas por módulos futuros. Esta maquina, permite eliminar el límite tecnológico actual en diseños de chips escalables con una alta densidad de puertos ópticos y electrónicos, habilitando diseños disruptivos y con un amplio carácter innovador.
OE 2) La adquisición de la capacidad de escribir variaciones periódicas y aperiódicas en todo tipo de guías circulares (fibras ópticas) y guías planas mediante la incorporación de un láser de femtosegundos de alta energía de pulso que genera un proceso de dos fotones y permite la variación de la estructura de la guía en tamaños nanométricos. Para ello, es necesario acompañar el láser de un sistema de alineamiento de ultra-precisión en los tres ejes con resoluciones de nanómetros, que tenga la flexibilidad de generar estructuras complejas en las guías y que permita posibles ampliaciones en un futuro cuando sea necesaria la evolución. Dado que son dos elementos que pertenecen a ámbitos industriales diferentes, se va a realizar la adquisición por separado para finalmente integrarlos.
OE 3) La adquisición de la capacidad de medida y caracterización espectral de redes ópticas que emplean múltiples canales en nuevas y prometedoras ventanas ópticas, bien en términos de eficiencia energética (visible) o baja latencia y alta capacidad (banda de 2 micras).
OE 4) Completar la instrumentación de Fotónica de Microondas ya existente en el laboratorio del PRL y la adquirida a través de las convocatorias de infraestructuras anteriores.

Presupuesto del proyecto

Equipamiento en proceso de adquisición

 

  • Máquina multifuncional para ensamblaje, preparación y encapsulamiento automático de circuitos fotónicos integrados de complejidad baja e intermedia. (Adquirido MY21/ITEAM/S/66).

En nuestros laboratorios desarrollamos actividades de investigación que conllevan el diseño y desarrollo de circuitos ópticos integrados dentro de varios proyectos de alto impacto. Como actividad previa a su medida y caracterización, es necesario preparar y encapsular estos circuitos, lo que conlleva diferentes actividades que comprenden el alineamiento y unión automática entre fibras de entrada/salida y los chips fotónicos, y el ensamblaje (chip assembly) de componentes y chips fotónicos entre sí. También es preciso abordar el encapsulamiento electrónico, que conlleva la realización automática de conexiones eléctricas en chips fotónicos a circuitos, placas y otras interfaces electrónicas. Finalmente, pero no menos importante por ello, es necesaria la unión del circuito fotónico con otros subsistemas necesarios para su control y la regulación térmica, aislamiento y control de vibraciones mecánicas, aislamiento electromagnético y sistemas de radiofrecuencia de alta velocidad.

El equipo nos permitirá preparar chips de forma continua y completa (encapsulado óptico, eléctrico, térmico y mecánico) de manera que puedan medirse en otros puestos de trabajo. Las máquinas de tipo estándar permiten el encapsulamiento óptico o el encapsulamiento eléctrico del chip. En este caso, el equipo comprende la integración complementaria óptica y eléctrica del chip, con dos novedades a destacar: En primer lugar, se trata de un equipo totalmente personalizable que permite adaptar la máquina para aumentar su flexibilidad y su extensión de uso en los proyectos actuales y futuros. Así, permite variar el número de canales ópticos a integrar, la posición de los puertos ópticos en el chip, el tipo de orientación del array de fibras y el número de array de fibras. Más allá del encapsulamiento óptico, permite realizar un proceso compatible de encapsulamiento electrónico. En este sentido, la máquina ofrece la realización y flexibilización de requisitos, permitiendo encapsular diseños con diferente número de canales, localización, alineación activa y pasiva. En segundo lugar, el equipo está especialmente preparado para habilitar encapsulados que requieran un número muy elevado de señales ópticas y de señales electrónicas..

  • Láser de femtosegundos de estado sólido y elevada energía de pulso capaz de trabajar a varias longitudes de onda. (Adquirido MY21/ITEAM/S/70)

Pese a que se dispone de un sistema de grabación de cavidades en fibra, se necesita la adquisición de un nuevo láser para poder diseñar y fabricar dispositivos novedosos en las nuevas fibras de varios núcleos (MCF) y de pocos modos (FMF). Se pretende grabar estructuras periódicas en fibras especiales (multinúcleo y de pocos modos), incluyendo redes de difracción de periodo corto y largo para generar estructuras de filtrado espectral y/o modal. Además, se quiere grabar estructuras aperiódicas que cambien la respuesta de estas guías y que favorezcan o supriman aspectos como la diafonía entre núcleos/modos o la sensibilidad a propiedades de la luz como la polarización. Todos estos desarrollos solamente son abordables con la adquisición del láser que se propone.

La utilidad del láser continuo que se dispone actualmente es muy limitada ya que, a la hora de grabar variaciones del índice de refracción en un determinado punto, también sucede el efecto similar en toda la trayectoria que sigue la línea del láser antes y después del punto dónde se pretende grabar. Sin embargo, el nuevo láser pulsado de gran energía tiene la versatilidad de poder grabar perturbaciones en puntos concretos/focalizados. Este tipo de láser permite, mediante un proceso conocido como de dos fotones, grabar variaciones punto a punto de escala nanométrica.

A la hora de poder fabricar cavidades dentro de fibras ópticas especiales y guías planas, es necesario tener un sistema de precisión nanométrica para poder fabricar adecuadamente los dispositivos diseñados. La adquisición de este equipamiento, que es flexible y modularmente ampliable, permite la adaptación de un láser pulsado a todo tipo de guías tanto circulares (fibras ópticas) como planas.

El sistema permite conferir estabilidad frente a variaciones ambientales, principalmente mecánicas y térmicas, un posicionamiento con precisión nanométrica para situar el pulso del láser en la posición correcta de la fibra con el ángulo de incidencia adecuado, un guiado de la luz del láser hasta la fibra y la adaptación de los medios por donde pasa la luz. Permite además la sincronización de la secuencia de pulsos emitidos por el láser con el movimiento de las plataformas de traslación, una evaluación en tiempo real del dispositivo que se está fabricando y el control centralizado de todos los subsistemas.

Este equipo permitirá la monitorización espectral de las señales en redes ópticas convergentes de fibra e inalámbricas en las que coexisten las comunicaciones en el visible (sistemas de iluminación) con portadoras ópticas en el infrarrojo. La implementación de redes ópticas multiportadora mediante LEDs y láseres en el visible y las redes full-duplex que emplean distintas bandas espectrales en el visible e infrarrojo para los enlaces ascendente y descendente, respectivamente, para aplicaciones IoT entre otras, son ejemplos de sistemas cuya caracterización requiere la adquisición de este equipo.
Adicionalmente, de acuerdo con el equipamiento disponible actualmente en los laboratorios del PRL, el equipamiento es indispensable para extender las portadoras ópticas hacia longitudes de onda mayores de 2 micras en el infrarrojo, que será necesaria para la obtención de redes con latencia reducida y alta capacidad.

Research Team

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José Capmany
Advanced Microwave Photonics
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Beatriz Ortega
Optical Networks
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Salvador Sales
Fiber Sensors
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Ivana Gasulla
Spatial Division Multiplexing