Piattaforma elettronica multicanale per la lettura di sensori ottici non invasivi ed il controllo di circuiti fotonici TOADM

Silicon Photonics is a technology that exploits the CMOS industry production processes, allowing the creation of complex optical circuits. Optical waveguides, transparent at wavelengths commonly used in telecommunication, can be fabricated by depositing crystalline silicon and surrounding it with a cladding made by silicon oxide. The development of SiP has been slowed down since a long time by the lack of a device able to perform a non-invasive detection of the optical power. The invention of the CLIPP sensor allowed the design of closed loop control systems, permitting the detection of the in-guide optical power variations without the alteration of the optical flow. It is thus possible to integrate many CLIPP sensors on a single photonic chip, allowing a precise control of multichannel systems that perform multiple extraction and insertion operations of optical signals at different wavelengths. During this project an electronic platform was developed, with the purpose of reading electrical signals and controlling an innovative photonic chip containing multiple CLIPPs. The chip allows to add or extract a single signal at a precise wavelength from the waveguide, without perturbing the signals present in the same channel. To achieve this, very selective tunable optical filters are used, that can be reconfigured at will to select different signals. The chip integrates 4 completely independent filters and realize the function of Tunable Add and Drop Multiplexer (TOADM). The electronics is designed to read the status of the system, exploiting numerous CLIPPs, to implement a closed loop control of each optical filter. The control is ensured by 24 independent actuation channels driving 24 thermal actuators, able to locally change the optical characteristics of the waveguide and allow the tuning and calibration of the filters.

La Silicon Photonics è una tecnologia che, sfruttando i processi produttivi dell’industria CMOS, consente di realizzare circuiti ottici complessi. È possibile realizzare guide ottiche trasparenti alle lunghezze d’onda tipiche delle telecomunicazioni, depositando silicio cristallino e circondandolo con un efficiente cladding in ossido di silicio. La diffusione della SiP è stata a lungo rallentata dalla mancanza di un dispositivo in grado di effettuare una lettura non invasiva della potenza ottica in guida. L’invenzione del sensore CLIPP ha consentito di realizzare sistemi di controllo ad anello chiuso, rendendo possibile la lettura delle variazioni di potenza ottica in guida senza alterarne il flusso ottico. È così possibile inserire su un unico chip fotonico un elevato numero di sensori CLIPP, consentendo il controllo puntuale di sistemi multicanale, in grado di effettuare molteplici operazioni di estrazione e immissione in guida di segnali ottici a diverse lunghezze d’onda. Nel corso di questo progetto è stata sviluppata una piattaforma elettronica per la lettura di segnali elettrici ed il controllo di un innovativo chip fotonico contenente molteplici CLIPP. Il chip consente di immettere o estrarre dalla guida un segnale ad una precisa lunghezza d’onda, senza perturbare i segnali presenti nello stesso canale. Per far ciò, si sfruttano filtri ottici molto selettivi ad una lunghezza d'onda che può essere regolata a piacere per selezionare segnali diversi. Il chip integra 4 filtri completamente indipendenti e realizza la funzione di Tunable Optical Add and Drop Multiplexer (TOADM). L’elettronica è volta ad effettuare la lettura puntuale dello stato del sistema, sfruttando le molteplici CLIPP presenti, per effettuare il controllo ad anello chiuso di ciascun filtro ottico. Il controllo è garantito da 24 canali indipendenti di attuazione che sollecitano altrettanti attuatori termici in grado di modificare localmente le caratteristiche ottiche della guida e consentire la riconfigurazione e la calibrazione dei filtri presenti.