Sviluppo di una piattaforma digitale per il controllo in tempo reale di circuiti fotonici

La Silicon Photonics è una tecnologia che permette di realizzare circuiti ottici integrati su Silicio sfruttando i moderni processi produttivi dell'industria CMOS, ed è diventata, negli ultimi anni, una delle piattaforme fotoniche di sviluppo più promettenti. I recenti progressi tecnologici hanno permesso non soltanto la realizzazione di guide d'onda integrate, possibile risposta alla domanda di interconnessioni ad alte prestazioni, ma anche la creazione di veri e propri circuiti ottici per l'elaborazione dei segnali. Lo sviluppo della tecnologia è stato frenato dall'assenza di metodi non invasivi per la rilevazione della luce all'interno delle guide d'onda del sistema. Ciò impedisce la realizzazione di sistemi di controllo ad anello chiuso robusti ed affidabili, essenziali in un circuito complesso per correggere le fluttuazioni delle condizioni di lavoro, bilanciare i mismatch dovuti alle tolleranze di processo e ridurre gli effetti di cross-talk. Nell'ambito di questa tesi è stato progettato un sistema digitale basato su un FPGA per il controllo in tempo reale di circuiti fotonici. Viene sfruttato l'innovativo sensore CLIPP (ContactLess Integrated Photonic Probe), che consente di determinare l'intensità del segnale ottico presente in una guida d’onda, in modo completamente non invasivo, basandosi su una misura d’impedenza effettuata con la tecnica del lock-in. Il sistema realizzato è versatile, multicanale, potenzialmente applicabile a qualsiasi dispositivo ottico e consente di implementare algoritmi di controllo diversi e di valutarne le prestazioni. Gestendo un front-end analogico di acquisizione, permette la lettura da 32 sensori diversi e sintetizza i segnali di riferimento ad alta frequenza necessari per la realizzazione delle misure. Consente di pilotare fino a 12 attuatori termici, che regolano il comportamento dei circuiti fotonici per effetto termo-ottico, sintetizzando segnali continui o sinusoidali di ampiezza e frequenza configurabile. È stata inoltre sviluppata un'interfaccia software che consente di impostare i parametri di funzionamento del sistema per il suo utilizzo in diverse applicazioni.