Advanced Instrumentation for world class microwave and programmable photonics Research

Resumen del proyecto

 

Este proyecto persigue el ampliar, mejorar y fortalecer al PRL en particular y al instituto iTEAM en general a través de la adquisición de instrumentación y equipamiento inventariable de última generación en el campo de MWP y la Fotónica Programable. De acuerdo con lo anterior, los objetivos generales de este proyecto son:

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 del 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 la convocatoria plurianual de 2018-2020 incluyendo los equipos que no pudieron ser solicitados para no rebasar el límite superior de financiación por actuación.

OG 3) Posicionarse como un laboratorio de medida de referencia mundial en el campo de MWP 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 infraestructura de la GVA en la convocatoria anterior.

OG 4) Aumentar la productividad de excelencia y mantener el liderazgo mundial del PRL en el campo de la MWP 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.

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

OE1) La adquisición de un osciloscopio en tiempo real para medida de señales en la banda de 0 a 70 GHz, ampliable hasta 110 GHz. Este equipamiento nos permitirá realizar medidas en el dominio del tiempo de pulsos y señales de radiofrecuencia de hasta 70 GHz, complementando al ya adquirido para realizar medidas en el dominio de la frecuencia. Se empleará tanto en caracterización temporal de chips fotónicos programables como en la de componentes basados en fibra especiales MCF y FMF que procesen señales de entrada de radiofrecuencia e inalámbricas de alta velocidad.

OE 2) La ampliación de las capacidades de medida del laboratorio de fotónica integrada programable PRL a través de la adquisición de equipamiento nano-posicionador motorizado programable que permita seis grados de libertad (3 de posición y 3 angulares) para medida de chips individuales. El objetivo es completar el equipamiento del puesto de trabajo de medida de chips programables en tecnología de silicio.

OE 3) La adquisición de una estación de trabajo para fusión y el conformado de vidrio que permitirá ampliar las capacidades del laboratorio de fibras ópticas del PRL habilitando la realización de empalmes entre diversos tipos de ibras ópticas, considerando tanto fibras estándar como fibras especiales (multinúcleo y de pocos modos); la producción de elementos de adaptación modal y geométrica (Tapers) entre núcleos de fibras diferentes; la escritura de lentes esféricas en extremos de las fibras y, en general, la realización de elementos combinadores (separadores) de señales a la entrada (salida) de fibras ópticas arbitrarias.

Presupuesto del proyecto

Equipamiento adquirido

 

  • Estación de trabajo para fusión y conformado de terminaciones y dispositivos de fibra óptica (Adquirido MY20/ITEAM/S/47).

Se trata de una estación de trabajo flexible y de gran precisión que puede adaptarse a diversos diseños de fibra con los que trabaja el grupo en los proyectos europeos y nacionales en curso. Asimismo, el sistema de imagen transversal que comprende este equipamiento abre las puertas a la implementación de diversos dispositivos basados en fibra óptica multinúcleo donde es necesario conocer y controlar la disposición de los núcleos dentro de la propia fibra. Esta habilidad resulta de especial importancia en el proyecto europeo ERC-COG-2016-724663 INNOSPACE, donde se trabaja con fibras customizadas donde cada núcleo presenta unas características propias e individuales. La aparición de fibras ópticas especiales (multinúcleo y de pocos modos) es relativamente reciente y no se han lanzado al mercado equipos de conexión y fabricación de componentes específicos para este tipo de fibras, en parte debido a la falta de estándares.

  • Equipamiento nano-posicionador motorizado programable de seis grados de libertad (3 de posición y 3 angulares) para medida de chips individuales y en oblea. (Adquirido MY20/ITEAM/S/45)

Este sistema se utiliza en multitud de aplicaciones que requieran alineamiento de objetos con precisión nanométrica.  En nuestros laboratorios, desarrollamos circuitos ópticos integrados dentro de varios proyectos de investigación de alto impacto. Tanto en la etapa de encapsulamiento, como en la de medida y caracterización se requiere posicionar sistemas basados en fibra óptica para posibilitar el acceso (y salida) de las señales hacia (desde) el circuito integrado. Este proceso requiere además que el sistema de posicionamiento se enlace e interactúe con las señales ópticas recibidas con el fin posibilitar la creación de algoritmos de alineamiento automáticos, realizando la tarea en unos pocos segundos. Comparado con los sistemas de los que disponíamos anteriormente, el tiempo de medida de un chip complejo se reduce de unas semanas a menos de una hora. Además, la reducción del factor humano directo en la medida posibilita un análisis de mayor precisión, requerido para medidas de variabilidad y reproducibilidad. Al mismo tiempo, es deseable poder acceder a los circuitos integrados complejos con más de un puerto a la vez mediante un sistema equiespaciado de fibras (hasta 64). El alineamiento de esta estructura es todavía más complicado y requiere del control con realimentación de las 3 dimensiones espaciales y 3 angulares, de nuevo con precisión nanométrica.

En este contexto, actualmente trabajamos en tres proyectos de alto impacto: European Research Council Advanced Grant ADG-2016-741415 UMWPCHIP, ERC-POC-2019-859927, GVA PROMETEO 2017/103 y COST Action 16220 European Network on High-Performance Integrated Microwave Photonics, al que hay que añadir el recientemente concedido H2020-ICT-2019-2 871330 NeoteRIC. Todos ellos trabajan en el marco común de desarrollo de nuevas tecnologías de circuitos ópticos integrados para aplicaciones de procesamiento de señal, comunicaciones, protocolos 5G y 5G & Beyond, así como conducción autónoma de vehículos. El primero, lidera a nivel mundial, la creación de procesadores de señales fotónicos programables.

Por otro lado, en nuestros laboratorios se desarrollan líneas de investigación basadas en fibras multinúcleo para comunicaciones de altas prestaciones. Estos sistemas se van a beneficiar también de un sistema de posicionamiento nanométrico para interconectar dichas fibras a chips mezcladores y separadores de modos. Para poder procesar la información en estos sistemas, su unión junto con sistemas integrados es fundamental y objeto de estudio en aplicaciones 5G. Para realizar este tipo de uniones, es necesario disponer de una resolución de 5 nanómetros y la capacidad de alinear simultáneamente en seis ejes. En este contexto, actualmente trabajamos en proyectos como: ERC-COG-2016-724663 INNOSPACE y H2020 ICT7-2017-5GPP-762065 BLUESPACE. Todos ellos trabajan en el marco común de desarrollo de nuevas tecnologías basadas en fibra óptica para aplicaciones de procesamiento de señal, comunicaciones de altas capacidades, protocolos 5G. Para ambas aplicaciones, un desalineamiento de 200 nanómetros equivale a unas pérdidas del 50% de la potencia de la señal (75% teniendo en cuenta entrada y salida.)

Este equipo es de carácter general y quizás el más importante ya que es aplicable a todos los proyectos activos en curso, pero muy especialmente en los proyectos ADG-2016-741415 UMWPCHIP, ERC-POC-2019-859927, ERC-COG-2016-724663 INNOSPACE, H2020 ICT7-2017-5GPP-762065 BLUESPACE, H2020-ICT-2019-2 871330 NeoteRIC pues en todos ellos se necesita realizar medidas en el dominio del tiempo de señales de radiofrecuencia no periódicas de anchos de banda que lleguen al menos a 60 GHz. la disponibilidad de este equipo permitirá al PRL poder afrontar nuevos proyectos futuros en los que sea necesario trabajar en el dominio del tiempo y a frecuencias muy elevadas.

Este equipamiento permitirá la caracterización en el dominio temporal de señales de hasta 70 GHz, aportando sustanciales mejoras en los procesos de medida y caracterización de componentes y sistemas fotónicos bajo régimen pulsado, complementando a la instrumentación ya adquirida para realizar medidas en el dominio de la frecuencia. Además, y lo que es también importante, es ampliable por medio de módulos adicionales para cubrir hasta una frecuencia de 110 GHz.

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