Avanço com germânio promete otimizar desempenho da fotônica integrada

A fotônica programável está revolucionando a computação, utilizando fótons em vez de elétrons para processar informações. Essa tecnologia oferece velocidade superior, largura de banda maior e eficiência energética elevada, sendo ideal para aprendizado profundo em tempo real e computação de grandes volumes de dados.

Um desafio crítico, no entanto, é o monitoramento preciso da luz dentro do chip. Os sensores tradicionais enfrentam um dilema: absorver muita luz degrada o sinal, enquanto baixa absorção reduz a sensibilidade, exigindo amplificadores externos.

Entre os problemas que limitavam os fotodetectores em chip:

• Necessidade de absorver grande parte do sinal óptico, comprometendo qualidade;
• Baixa sensibilidade em níveis de potência reduzidos;
• Dependência de amplificação externa aumenta consumo e complexidade;
• Dificuldade de integração com guias de onda ópticos;
• Limitações na autocalibração de sistemas fotônicos programáveis.

Solução inovadora utilizando o fotodiodo de germânio

Pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong, em estudo publicado na Advanced Photonics, desenvolveram um fotodiodo de guia de ondas de silício implantado com germânio. Essa tecnologia permite converter uma pequena fração da luz em sinal elétrico sem interferir no fluxo óptico principal, mantendo alta precisão de monitoramento.

O uso do germânio é estratégico: ele substitui átomos de silício na estrutura cristalina sem criar portadores livres excessivos, evitando degradação óptica. Os resultados do novo dispositivo incluem:

• Alta responsividade em comprimentos de onda de 1.310 e 1.550 nm, fundamentais para telecomunicações;
• Corrente escura extremamente baixa, minimizando ruído em ausência de luz;
• Baixa perda de absorção óptica, preservando a integridade do sinal;
• Compatibilidade com integração em chips fotônicos programáveis, permitindo autocalibração e monitoramento contínuo.

Impactos e aplicações futuras

O fotodiodo de germânio não só aprimora monitoramento em fotônica programável, como também amplia possibilidades em:

• Biossensores ultrassensíveis, detectando sinais ópticos fracos;
• Sistemas de laboratório em chip, integrando microfluídica e fotônica;
• Computação baseada em luz escalável, com menor consumo energético e maior eficiência.

Esse avanço representa um passo decisivo para a fotônica integrada prática, aproximando tecnologias de luz da realidade aplicada em ciência, saúde e telecomunicações.