“Este estudio representa un gran avance para llevar la velocidad y eficiencia de la fotónica a entornos donde los chips semiconductores tradicionales y los chips fotónicos con encapsulados convencionales no podían operar”, afirmó Nikolai Klimov, físico del NIST y líder del proyecto.
Los resultados se han publicado en la revista Photonics Research.
Qué es el encapsulado de chips
En la industria de semiconductores, el “encapsulado” se refiere a la carcasa protectora y al sistema de conexión que rodea el chip y lo conecta con el exterior, incluyendo fibras ópticas, contactos eléctricos y otros componentes. Un buen encapsulado permite el uso de chips en dispositivos compactos y fiables sin riesgo de daños o desalineaciones.
Los chips fotónicos ofrecen una gran ventaja: permiten transmitir datos a alta velocidad con un consumo energético mucho menor que los chips convencionales. Sin embargo, esto solo es posible si las conexiones ópticas se mantienen perfectamente alineadas.
Limitaciones actuales
Los chips fotónicos ya son clave en telecomunicaciones, diagnóstico médico y sensores avanzados, pero su uso en entornos exigentes ha sido limitado. Los métodos tradicionales de encapsulado no logran mantener conexiones fiables entre el chip y la fibra óptica bajo condiciones extremas como:
Radiación intensa
Vacío ultrahigh
Altas temperaturas
Temperaturas criogénicas
Estas condiciones son comunes en tecnologías cuánticas, misiones espaciales, reactores nucleares o aceleradores de partículas, así como en aplicaciones industriales y energéticas.
La solución: unión química avanzada
Para superar este reto, los investigadores adaptaron una técnica desarrollada originalmente por NASA para sistemas ópticos de alta precisión. Este método, llamado hydroxide catalysis bonding (HCB), crea un enlace químico inorgánico similar al vidrio entre la fibra óptica y el chip.
En lugar de adhesivos orgánicos (que se degradan en condiciones extremas), el proceso utiliza una pequeña cantidad de hidróxido de sodio para fusionar las superficies a nivel molecular, creando una unión rígida y estable.
Resultados y pruebas
El equipo del NIST demostró por primera vez que esta técnica permite:
Alineación precisa de la fibra óptica
Acoplamiento eficiente de luz
Alta resistencia mecánica
Para validar su eficacia, sometieron el sistema a condiciones extremas:
Temperaturas criogénicas
Cambios bruscos de temperatura
Radiación ionizante intensa
Vacío elevado
Incluso bajo estas condiciones, la conexión permaneció intacta y el chip siguió funcionando correctamente.
Aunque no se pudieron realizar pruebas directas a altas temperaturas en el sistema completo, estudios adicionales confirmaron que este tipo de encapsulado soporta temperaturas mucho más altas que los adhesivos convencionales.
Según Klimov, “este enfoque crea una unión tan resistente como la propia fibra óptica, permitiendo que los circuitos fotónicos operen en entornos antes inaccesibles”.
Futuro de la tecnología
Actualmente, el proceso de unión requiere varios días, pero los investigadores consideran que se trata de una limitación técnica que puede resolverse. Con más desarrollo, esta tecnología podría adaptarse a la producción a gran escala.
Este avance abre la puerta a nuevas aplicaciones de la fotónica en entornos extremos, impulsando el desarrollo de tecnologías cuánticas, exploración espacial y sistemas industriales avanzados.
