Un resistor delgado se convierte en termómetro para dispositivos fotónicos

La industria de la fotónica integrada ha alcanzado un valor multimillonario, pero enfrenta un desafío significativo: la sensibilidad de sus dispositivos a las variaciones de temperatura. Si estos dispositivos se calientan o enfrían demasiado, sus propiedades fotónicas pueden verse alteradas, lo que afecta su rendimiento. Para mitigar este problema, las instalaciones de computación de última generación suelen utilizar grandes sensores de temperatura electrónicos.

Sin embargo, un reciente estudio realizado por investigadores de Columbia Engineering ha revelado que un componente común en los chips fotónicos, un resistor metálico delgado, puede también funcionar como un termómetro. Este hallazgo, publicado en la revista Nature Photonics, sugiere que este resistor podría eliminar la necesidad de sensores externos voluminosos y costosos, ayudando a la fotónica integrada a alcanzar su máximo potencial.

El profesor Alexander Gaeta, quien lidera la investigación, destacó que uno de los principales desafíos para la adopción generalizada de la fotónica de silicio es la alta sensibilidad de estos dispositivos a las variaciones térmicas. La tecnología desarrollada ofrece un enfoque sencillo que es compatible con la fabricación y podría tener aplicaciones inmediatas en circuitos integrados fotónicos a gran escala para comunicaciones de datos y procesamiento de información cuántica.

Los dispositivos fotónicos, que utilizan luz en lugar de electricidad para mover y procesar datos, ofrecen ventajas como mayor ancho de banda y menor latencia. Sin embargo, su adopción ha estado limitada por la necesidad de monitorear la temperatura de manera efectiva. Los investigadores de Columbia encontraron que el resistor de película delgada de platino, que se utiliza para ajustar térmicamente los dispositivos fotónicos a la frecuencia de resonancia deseada, también puede medir la temperatura.

El investigador postdoctoral Sai Kanth Dacha, quien se unió al laboratorio de Gaeta, hizo esta conexión al observar que la resistencia del platino cambiaba significativamente al modificar la fuente de calor en uno de los chips. Este comportamiento no es típico de los resistores convencionales, que siguen una relación lineal entre corriente y voltaje. En cambio, el resistor de platino exhibe un comportamiento no ohmico, similar al de una lámpara de filamento de tungsteno, lo que indica una fuerte dependencia de la temperatura.

El equipo demostró que este termómetro integrado puede estabilizar cavidades fotónicas microscópicas, lo que es crucial para las redes de comunicación óptica que requieren fuentes de luz compactas. Lograron mantener un láser dentro de un picómetro de la longitud de onda deseada durante más de dos días, superando el rendimiento de algunos sistemas comerciales de telecomunicaciones.

Además, el termómetro es independiente de la plataforma y debería funcionar con diferentes materiales y configuraciones de chips. Esto podría ayudar a estabilizar moduladores de anillo de silicio, una técnica eficiente para encender y apagar la luz, utilizada en aplicaciones comerciales por empresas como NVIDIA.

El control de la temperatura es también crítico para los dispositivos cuánticos emergentes, que requieren temperaturas extremadamente bajas. Un termómetro integrado podría ayudar a reducir el tamaño de las cámaras de criogenia necesarias. Dacha concluyó que los problemas térmicos han sido un gran desafío en el campo y espera que su trabajo sea uno de los primeros pasos importantes para lograr dispositivos fotónicos a gran escala que operen de manera eficiente en entornos del mundo real.

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