Instituto Universitario de Tecnología NanoFotónica

Líneas I+D+i

• Biofotónica. Detección basada en la potencia.
  La mayoría de las estructuras de detección fotónica utilizadas actualmente basan su detección en la adquisición continua del espectro de transmisión / reflexión de la estructura para controlar su desplazamiento espectral, como ocurre para los resonadores de anillo o los cristales fotónicos. Sin embargo, este esquema de interrogación basado en espectros tiene dos inconvenientes principales: i) la necesidad de un láser sintonizable o un espectrómetro, que son caros (generalmente cuestan varias decenas de kEuros), instrumentos voluminosos y pesados, y ii) la incapacidad de lograr detección verdadera en tiempo real, ya que se requiere un tiempo de barrido de varios segundos o incluso minutos para obtener cada espectro. Nuestro grupo ha propuesto y patentado un novedoso enfoque de detección basado en el poder que supera estos inconvenientes. Este enfoque se basa en el uso de estructuras de detección PBG, cuyo cambio espectral se mide indirectamente simplemente excitando el sensor fotónico con una fuente de banda ancha filtrada, que se ubicará en el rango de longitud de onda de un borde del PBG del sensor y midiendo la salida poder simplemente usando un fotodetector. De esta forma, la potencia de salida, dada por la superposición entre las respuestas de la fuente y el sensor, proporcionará directamente la información de detección en tiempo real sin la necesidad de obtener la respuesta de la estructura utilizando elementos sintonizables. Hemos demostrado experimentalmente esta técnica de detección para la detección de variaciones del índice de refracción y la detección de anticuerpos utilizando estructuras planas de detección de PBG en silicio. Los resultados preliminares obtenidos usando esta técnica de detección mostraron un límite de detección de índice de refracción de ~ 10-6 RIU (unidades de índice de refracción) y un límite de detección de concentración por debajo de 10 ng / ml para la detección de anticuerpos.
• Biofotónica. Sensores de cristal fotónico.
  Las estructuras de cristal fotónico son una clase de estructuras planas integradas que presentan una banda de transmisión prohibida en su espectro, conocida como bandgap fotónico (PBG), debido a una periodicidad en su distribución dieléctrica. La posición de este PBG dependerá en gran medida del índice de refracción de las sustancias que rodean la estructura, lo que permite su uso con fines de detección. Pero uno de los principales puntos de distinción de estas estructuras para la detección es la aparición del efecto de onda lenta, que puede conducir a un aumento significativo de la sensibilidad. El efecto de onda lenta produce una compresión espacial de la onda propagada, lo que se traduce en una mayor intensidad del campo óptico y un mayor tiempo de interacción, lo que conduce a una sensibilidad efectivamente mayor que no se puede lograr utilizando otras estructuras fotónicas integradas (por ejemplo, resonadores de anillo) . Nuestro grupo ha sido uno de los primeros grupos que han trabajado en el uso de estructuras de cristal fotónico con fines de detección, siendo, según nuestro conocimiento, el primer grupo que notificó los resultados de detección de ADN de doble pared utilizando una guía de onda de cristal fotónico SOI. Hemos obtenido estos resultados usando franjas afiladas que aparecen en el régimen de luz lenta cerca del borde de la banda guiada, cuyo origen es la cavidad Fabry-Perot creada en las interfaces entre las guías de onda de acceso y la estructura cortical fotónica. El uso de estas franjas en lugar de la posición de borde PBG en sí nos permite realizar un seguimiento más fácil y preciso del cambio espectral. Además, también hemos demostrado cómo se obtiene una mejor sensibilidad a medida que usamos características espectrales que están más cerca del borde PBG, donde la influencia del efecto de onda lenta es significativamente mayor..
• Biofotónica. Sensores de resonador de anillo.
  Probablemente la principal estructura nanofotónica utilizada para el desarrollo de dispositivos biosensores es el resonador de anillo. En esta estructura, se obtienen características espectrales muy nítidas y definidas, lo que facilita su seguimiento para realizar la detección. Nuestro grupo también ha trabajado en el desarrollo de este tipo de elementos de detección. Parte del trabajo llevado a cabo por nuestro grupo se ha centrado en el desarrollo de sensores de resonador de anillo de silicio para la detección específica de ADN monocatenario (por ejemplo, para identificación de bacterias, como se hace en el marco del proyecto FP7-INTOPSENS). Hemos podido desarrollar varios protocolos experimentales que conducen a la detección específica de ADNss con límites de detección en el rango nM. El desarrollo de estos protocolos de detección, que se ha llevado a cabo en colaboración con el grupo "Señal y Medición en Química" en nuestra universidad, se ha centrado en lograr un enfoque de inmovilización donde no se requieren reticulantes, lo que lleva a una mayor proximidad del sondas de captura y la estructura de detección para una mayor sensibilidad..
• Fotovoltaica. Fotovoltaica.
  Desarrollo de tecnología de células de Silicio cristalino de alta eficiencia para transferencia a la industria fotovoltaica. Desarrollo de tecnología de capa fina de Silicio amorfo para transferencia a la Industria. Investigación de nanotecnología y nanofotónica aplicados a la fotovoltaica.
• Metamateriales plasmónicos. Metamateriales.
  El prefijo meta-, del griego """", "beyond" se usa para referirse a un nuevo tipo de dispositivo: metamerials. Se pueden definir como aquellos materiales o dispositivos artificiales, es decir, hechos por el hombre, que tienen propiedades electromagnéticas inusuales que no pueden obtenerse mediante medios naturales y que provienen de la estructura diseñada y no de su composición. Los metamateriales son de gran importancia en electromagnetismo ya que nos permiten obtener materiales con un índice de refracción ajustable, pudiendo obtener los índices de refracción negativos más llamativos, creando superlentes, lo que mejora dramáticamente la calidad de las imágenes, y asegurando medios para obtener medios con inusual o parámetros constitutivos extremos. Se pueden lograr muchas aplicaciones con metamateriales, como moduladores, filtros, lentes, acopladores y antenas. Hemos estado trabajando en el diseño de dispositivos con índice negativo. A este respecto, se han propuesto y caracterizado varios diseños, obteniendo así un índice negativo de baja pérdida a frecuencias ópticas. Otra línea de investigación se centra en el diseño de estructuras con actividad magnética artificial en el rango visible..
• Metamateriales plasmónicos. Nanoantenas.
  Las nanoantenas ópticas convierten eficientemente la energía óptica confinada en radiación en el espacio libre. Aunque las nanoantenas plasmónicas suelen hacer uso de campos confinados en dimensiones mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz, también existe la posibilidad de utilizar ondas guiadas en guías de ondas de baja pérdida. De esta forma, las nanoantenas ópticas llegarían a ser completamente idénticas a sus equivalentes de RF. Típicamente, las nanoantenas ópticas consideradas hasta ahora generan campos linealmente polarizados con el campo eléctrico confinado a lo largo del plano nanoantenna. Dentro de esta actividad, hemos estado diseñando nanoantenas ópticas alimentadas por guías de onda de silicio con el fin de generar y detectar estados de polarización complejos, como la polarización circular o incluso elíptica..
• Metamateriales plasmónicos. Optomecánica.
  El confinamiento simultáneo y la interacción mejorada de fotones y fonones en nanoestructuras periódicas se ha convertido en un tema candente en los últimos años dando lugar al campo conocido como optomecánica. Empleamos cristales fotónicos (PCS) construidos sobre placas de silicio suspendido como nanoestructuras periódicas periódicas para verificar la interacción entre la luz y el sonido a nanoescala. Los PCS consisten en una red periódica de agujeros que perforan una película semiconductora de alto índice, de modo que se logra el confinamiento ligero en la película y la periodicidad da lugar a bandgaps para prohibir la propagación de la luz guiada. La introducción de defectos de línea en PCS se ha convertido en una forma poderosa de crear guías de onda de luz en la nanoescala con algunas propiedades especiales tales como curvatura nítida sin pérdidas o propagación de luz lenta. Algunos estudios muestran que los PCS suspendidos en celdas cuadradas y en nido de abeja poseen bandgaps tanto para fotones como para ondas acústicas. Si tales PCS están diseñados para presentar bandgaps para fotones guiados en longitudes de onda de comunicación óptica, bandgaps para fonones aparecen a frecuencias de algunos gigahertzes. Por lo tanto, estas estructuras pueden convertirse en una plataforma importante para la optomecánica, así como para la demostración de otros efectos acústico-ópticos interesantes, como la dispersión estimulada de Brillouin a nanoescala..
• Metamateriales plasmónicos. Plasmónicos.
  El término plasmónica proviene del concepto de polariton de plasmón superficial, comúnmente denominado plasmón, que es un tipo de onda superficial que se propaga en la interfaz entre un metal y un dieléctrico debido a la oscilación colectiva de los electrones a la radiación electromagnética incidente. Este tipo de excitación es la causa principal del fenómeno de transmisión extraordinaria (EOT) en los arreglos de orificios metálicos delgados, lo que permite su uso como elementos selectivos de la longitud de onda. Los plasmones también están detrás de la respuesta en longitudes de onda ópticas de los meta-átomos que forman metamateriales. Sin embargo, su aplicación va más allá y también incluye el diseño de ciertos metamateriales ópticos ya que su comportamiento electromagnético está vinculado a la excitación del plasmón. Múltiples aplicaciones se aventuran en el campo de la plasmónica debido a las características físicas que presentan los plasmones. Por lo tanto, su longitud de onda reducida permite su uso en tecnologías de alta resolución como la litografía y la microscopía. Además, su capacidad para confinar la luz en dimensiones muy pequeñas junto con su sensibilidad a las propiedades del material sobre la propagación, los postula como candidatos prometedores en sensores ultrasensibles. Nuestra investigación ha producido estructuras de filtrado ultracompactas basadas en el fenómeno del EOT. También hemos diseñado y caracterizado nanoestructuras plasmónicas para aplicaciones de biodetección. Finalmente, hemos sido capaces de mostrar una forma de lanzamiento unidireccional de plasmones de superficie mediante el uso de luz circularmente polarizada..
• Metamateriales plasmónicos. Óptica de Transformación.
  Este nuevo método utiliza técnicas de geometría diferencial para descubrir las propiedades que un medio debería tener para curvar o distorsionar el espacio electromagnético de casi cualquier forma deseada. Ha hecho posible la creación de dispositivos como capas de invisibilidad o agujeros negros ópticos. Nuestro trabajo incluye el desarrollo y la aplicación de metodologías de diseño que simplifican las propiedades ópticas requeridas para sintetizar dispositivos basados en la transformación-óptica (por ejemplo, asignaciones cuasi-conformales). Además, hemos diseñado dispositivos con propiedades inusuales tales como exprimidores planos sin reflejo e hiperlentes, dispositivos especiales de modelado de radiación y acopladores de polariton de plasmón de superficie clara con anchos de banda angulares incrementados. Además, estamos trabajando en la extensión de todas las posibilidades generadas por la óptica de transformación a otros campos de la física.
• Modulador óptico. Acoplamiento de fibra a chip.
  Una de las cuestiones clave para llevar la investigación de fotónica de silicio al mercado es resolver de manera eficiente el problema de acoplar la luz dentro y fuera del circuito integrado de silicio junto con una solución de empaquetado eficiente y de bajo costo. En este contexto, hemos desarrollado y demostrado una solución rentable e inteligente para el empaquetado de perfil bajo de los circuitos integrados fotónicos de silicio con múltiples interfaces ópticas basadas en rejillas. Los acopladores de rejillas ofrecen claras ventajas en comparación con el acoplamiento lateral, como la compatibilidad con el procesamiento planar, la posibilidad de realizar pruebas a nivel de obleas y tolerancias de alineación relativamente grandes. Sin embargo, las rejillas también evocan la necesidad de soluciones de embalaje inteligentes completamente nuevas debido al efecto del acoplamiento fuera del plano. En nuestro enfoque, se propone un portador de submontaje para mantener la orientación horizontal estándar de las fibras en el paquete mientras se mantienen los circuitos de silicio perpendicularmente a las fibras. El transportador también ofrece flexibilidad para implementar la conectividad eléctrica en el caso de manipulación de clavijas ópticas y eléctricas, por ejemplo con el uso de una capa de cableado flexible entre el portador y los circuitos fotónicos y electrónicos..
• Modulador óptico. Modulador de onda lenta.
  En el contexto de una demanda cada vez mayor de ancho de banda, el manejo de la conversión de datos eléctricos a ópticos a través de moduladores electroópticos compactos y de alta velocidad es de suma importancia. Para hacer frente a estos desafíos, explotamos las atractivas propiedades de la propagación de la luz lenta para demostrar un modulador de silicio de reducción de portadora de 500 "m de largo altamente eficiente y de fabricación masiva capaz de transmitir datos digitales de hasta 40 Gbit / s con pérdidas de inserción moderadas. La interacción mejorada entre la luz y la materia permitió una eficacia de modulación hasta 8 veces mayor que la de un modulador de nervio convencional (V"L" ~ 0.45 V.cm). Los resultados obtenidos posicionan nuestro modulador de luz lenta entre el estado del arte de los moduladores de silicio actuales. También se demostró una versión de baja potencia del modulador de onda lenta que muestra una transmisión de hasta 10 Gb / s con un voltaje de conducción de 1,5 Vpp..
• Modulador óptico. Rotador plasmónico de silicio.
  La gestión de la polarización es una cuestión clave en muchas aplicaciones en fotónica. Un ejemplo es el desarrollo de receptores para sistemas de comunicaciones ópticas. Como el estado de polarización cambia aleatoriamente en la fibra óptica, es necesario controlar la polarización en el lado del receptor. Los esquemas de diversidad de polarización, generalmente basados ""en divisores y rotadores de polarización, permiten que el receptor funcione independientemente de la polarización de entrada. Los circuitos de polarización, y en particular los rotadores, han sido ampliamente estudiados y demostrados en fotónica de silicio. Un rotador de silicio basado en la ruptura de simetría de la sección transversal de la guía de onda fue propuesto y demostrado por nuestro grupo en colaboración con Ghent University y DAS Photonics. El rotador de 25 "m de longitud fue fabricado en CEA-Leti usando procesos CMOS estándar y exhibió una eficiencia de conversión de polarización por encima de -0.85 dB con pérdidas de inserción que varían de -1 dB a -2.5 dB en un rango de longitud de onda de 30 nm. En los últimos tiempos se han desarrollado nuevas topologías basadas en estructuras plasmónicas de silicio híbrido para reducir drásticamente las dimensiones de los rotadores. En este contexto, nuestro grupo ha propuesto un convertidor híbrido-plasmónico de TM-TE híbrido ultracompacto (8 "m de longitud). La conversión se logró durante un acoplamiento de potencia parcial entre una guía de onda y una guía de onda paralela híbrida plasmónica. A una longitud de onda de 1,55 "m, se logró una relación de extinción de 27,6 dB y pérdidas de inserción de 1,75 dB. Además, se obtuvo un ancho de banda óptico de hasta 100 nm con relaciones de extinción superiores a 25 dB y pérdidas de inserción inferiores a 2 dB..
• Modulador óptico. Transceptores de silicio.
  Los usuarios finales necesitan cada vez más ancho de banda de red de acceso, y el despliegue de redes ópticas pasivas, que funcionan a velocidades de hasta 10 Gbit / s, ya ha comenzado a abordar esta demanda. La modulación DQPSK es un formato de modulación prometedor para escalar la tasa de bits a bajo costo, manteniendo los dispositivos heredados de 10 GHz. Hemos demostrado un receptor diferencial de silicio para la demodulación DQPSK que opera hasta 20 Gb / s. El receptor integra un divisor de potencia sintonizable, una espiral de línea de retardo, un híbrido de 90 grados de interferencia multimodo compacta de 2x4 y dos fotodetectores de germanio balanceados. Cada bloque de construcción del receptor fue optimizado para un alto rendimiento, baja pérdida y compacidad máxima. Utilizamos la detección equilibrada de cero sesgo para lograr un aumento de la sensibilidad de 3dB y reducir la complejidad y el tamaño del receptor. También se ha demostrado experimentalmente una modulación de modulación de desplazamiento de fase diferencial (DPSK) de alta velocidad utilizando un modulador Mach Zehnder (MZM) de doble accionamiento operado con push-pull de silicio basado en el agotamiento del transportador. Se midió una modulación libre de errores de hasta 10 Gbit / s (BER <10-9) sin piso de error. Además, también se demostró la posibilidad de una mayor velocidad de modulación DPSK de hasta 20 Gbit / s.
• Nanofotónica para Microondas. Nanofotónica en Grafeno.
• Nanofotónica para Microondas. Nanofotónica para Microondas.
• Nanofotónica para Microondas. Nanosistemas Fotónicos.
• Nanofotónica para Microondas. Procesado Nanofotónico de la Señal.
• Sistemas y Redes Ópticas. Acceso Óptico y Redes de Nueva Generación.
  El Área de Acceso Óptico y Redes de Nueva Generación investiga arquitecturas y tecnologías para la red de acceso basadas en fibra óptica (FTTH, fibre-to-the-home) capaces de proporcionar altos regímenes binarios (superiores a decenas de Gigabit/s por usuario) en una gran zona geográfica de la manera más económica posible en cuanto a despliegue, operación, mantenimiento y consumo energético. Esta área también investiga arquitecturas híbridas radio- fibra óptica capaces de proveer un alto régimen binario vía radio-frecuencia junto a la conectividad óptica para usuarios en movilidad, tanto en redes de acceso como en instalaciones en edificios. Estas arquitecturas utilizan las últimas tecnologías como radio de banda ultra-ancha (UWB, ultra-wideband), WiMAX o LTE entre otras. Distintas técnicas para aumentar la capacidad de la red óptica, como multiplexación en sub-portadoras (SCM, sub-carrier multiplexing), multiplexación división por división en longitud de onda (DWMD, dense wavelength división multiplexing), o multiplexación en polarización (PDM, polarization-division multiplexing) son también investigadas. Arquitecturas de red tipo red óptica pasiva (PON, passive optical networks) y también en redes de acceso con secciones de amplificación son consideradas, así como nuevos esquemas de generación de señal y de modulación. Técnicas novedosas para mitigar los principales factores limitantes de la transmisión óptica, como la dispersión modal por polarización (PMD, polarization-mode dispersión) en fibras mono-modo, o la dispersión modal (MMD, multi-mode dispersion) en fibras multi-modo son también investigadas en esta línea de investigación..
• Sistemas y Redes Ópticas. Conformación óptica de haces para agrupaciones de antenas.
  El elevado producto tiempo-ancho de banda de los componentes ópticos permite controlar las agrupaciones de antenas sin los problemas de las implementaciones puramente electrónicas. Los componentes ópticos permiten obtener retardo verdadero (con lo que desaparece el problema del beam squint en antenas de gran ancho de banda), integración con sistemas de alimentación remota de antenas y flexibilidad en antenas desplegables..
• Sistemas y Redes Ópticas. Espectroscopía de THz en fibra óptica. .
  La espectroscopía de THz basada en antenas fotoconductivas es una herramienta de sensado que proporciona información única. Entre los 100 GHz y 10 THz se producen interacciones complejas entre radiación y material que pueden aprovecharse para conseguir innovadores sistemas de sensado e imaging. La banda de los THz permite trabajar con señales de enorme ancho de banda, son no-ionizantes y muchos materiales que son opacos en el espectro visible e infrarrojo son transparentes en esta banda. Otros materiales presentan huellas espectrales distintivas en esta región lo cual es muy útil en campos como biología, medicina, monitorización de procesos industriales, seguridad, comunicaciones, inspección no destructiva, etc..
• Sistemas y Redes Ópticas. Procesado óptico de señales de microondas.
  Los sistemas ópticos ofrecen anchos de banda elevados que pueden aprovecharse para generar, filtrar y reconfigurar señales de microondas evitando las limitaciones de los dispositivos electrónicos. Estos esquemas también se pueden combinar con redes de distribución radio-sobre-fibra.
• Sistemas y Redes Ópticas. Técnicas fotónicas para la medida de señales de microondas.
  Mediante el uso de componentes y esquemas basados en fibra óptica es posible desarrollar esquemas para extender las capacidades de la instrumentación de microondas en términos de ancho de banda, velocidad de medida, etc..