Il progetto focalizzato di RESTART F7 – HePIC fornirà un nuovo paradigma di integrazione fotonica che dovrebbe contribuire a un cambiamento radicale nel modo in cui le persone accedono a queste tecnologie.
Dal punto di vista del progresso tecnologico, il progetto mira a far progredire due tecnologie principali ben oltre lo stato dell’arte:
- Integrazione eterogenea su piattaforma LNOI;
- Integrazione monolitica fotonico-elettronica su piattaforma fotonica in silicio a cambio zero.
Entrambe le tecnologie forniranno dispositivi e sistemi ottici con un consumo energetico inferiore, costi ridotti e nuove funzionalità.
HePIC fa parte dello Spoke 1 – Pervasive and Photonic Network Technologies and Infrastructures
PI di progetto: Andrea Melloni
WP1-Management: Contatti preliminari con le fonderie di silicio fotonico e le fonderie LNOI, acquisizione di informazioni preliminari sulla gestione dei cicli di fonderia, documentazione NDA, pagamenti, ecc. Analisi della possibilità di coinvolgere i partner di RESTART interessati al PIC. Preparazione e distribuzione di un modulo di indagine PIC.
PoliMI ha assunto 1 dottorando, Andres Ivan Martinez Rojas (maschio).
SSSA ha reclutato 1 RTD-A, Gaurav Pandey (uomo) e 1 PhD, Valentina Gemmato (donna).
WP2 - Progettazione dei PIC Attività di progettazione su piattaforma LNOI: phased array ottici integrati per la comunicazione on-chip, OPO e modulatori. Analisi delle problematiche della guida d'onda (perdita e polarizzazione).
WP3 - Strato di controllo Acquisizione della strumentazione: MULTILANE: 4-Lane, 58 GBd PAM4, 400G BERT, laser per la caratterizzazione ottica, tavolo ottico. Attività di integrazione elettronica-fotonica monolitica.
WP4- Integrazione e confezionamento Analisi delle attrezzature per la saldatura laser per la stazione di assemblaggio dei flip chip e aggiornamento Nanoscribe.
Nei mesi dal 9 al 15 del progetto le principali attività si sono concentrate su:
WP2 - Progettazione dei PIC Attività di progettazione su piattaforma LNOI: phased array ottici integrati per la comunicazione on-chip, OPO e modulatori. Analisi delle problematiche della guida d'onda (perdita e polarizzazione).
WP3 - Strato di controllo Acquisizione della strumentazione: MULTILANE: 4-Lane, 58 GBd PAM4, 400G BERT, laser per la caratterizzazione ottica, tavolo ottico. Attività di integrazione elettronica-fotonica monolitica.
WP4- Integrazione e confezionamento Analisi delle attrezzature per la saldatura laser per la stazione di assemblaggio dei flip chip e aggiornamento Nanoscribe.
Nei mesi dal 9 al 15 del progetto le principali attività si sono concentrate su:
- Progressi nei sistemi FSO e in fibra multimodale con processori fotonici programmabili per la generazione e la separazione delle modalità.
- Progressi nell'integrazione monolitica di dispositivi fotonici ed elettronici su una piattaforma commerciale fotonica al silicio con flusso di processo senza modifiche
- Selezione dei chip SOI disponibili al PoliMi e organizzazione delle distribuzioni tra i partner di Rigoletto e GC18 (e RESTART in generale) per test e proposta di un Round Robin sui PIC Avviata una collaborazione con l'Università di Trento su schiere di antenne ottiche non uniformi (1 articolo, IEEE PTL)
- Acquisizione del 45% della strumentazione prevista (PoliMI e PoliBA)
Nei mesi dal 9 al 15 del progetto i principali risultati raggiunti sono:
Fino al mese 18
Risultati scientifici, industriali e sfruttabili:
Papers:
S.M. SeyedinNavadeh et al, Determining the optimal communication channels of arbitrary optical systems using integrated photonic processors, Nature Photonics 18 (2), 149-155
A. Martinez et al., Self-Adaptive Integrated Photonic Receiver for Turbulence Compensation in Free Space Optical Links, arXiv: 2406.05402
F. Zanetto et al., "Time-Multiplexed Control of Programmable Silicon Photonic Circuits Enabled by Monolithic CMOS Electronics", Laser & Photonics Reviews, 2300124, 2023
- 1 articolo pubblicato su Nature Photonics: S.M. SeyedinNavadeh et al, Determinazione dei canali di comunicazione ottimali di sistemi ottici arbitrari utilizzando processori fotonici integrati, Nature Photonics 18 (2), 149-155
- LNOI: avviata una collaborazione con un'azienda per la realizzazione e caratterizzazione di dispositivi integrati LNOI
- 3 pubblicazioni su riviste e 9 contributi a convegni.
Fino al mese 18
- Sono in corso nuove collaborazioni tra tre gruppi nazionali (PoliMI, PoliBA e SSSA).
- Consolidamento e aggiornamento della strumentazione nei laboratori dei tre partner per la caratterizzazione e la fabbricazione di dispositivi fotonici.
- Reclutamento di personale nuovo ed esperto
- 8 gruppi di ricerca nazionali hanno espresso interesse a ricevere PIC personalizzati nelle tecnologie SOI e LNOI per i loro progetti. Si prevede l'adesione di altri gruppi nell'ambito dei bandi a cascata, soprattutto da parte di aziende e startup.
Risultati scientifici, industriali e sfruttabili:
- Prima dimostrazione di integrazione monolitica di dispositivi fotonici ed elettronici su una piattaforma commerciale di silicio fotonico con un flusso di processo a zero cambiamenti (vedi pubblicazioni). La fonderia AMF (Singapore) ha espresso interesse per la realizzazione.
- Risultati preliminari sul dimostratore "General purpose photonic processor for advanced telecom signal processing" (vedi pubblicazioni).
Papers:
S.M. SeyedinNavadeh et al, Determining the optimal communication channels of arbitrary optical systems using integrated photonic processors, Nature Photonics 18 (2), 149-155
A. Martinez et al., Self-Adaptive Integrated Photonic Receiver for Turbulence Compensation in Free Space Optical Links, arXiv: 2406.05402
F. Zanetto et al., "Time-Multiplexed Control of Programmable Silicon Photonic Circuits Enabled by Monolithic CMOS Electronics", Laser & Photonics Reviews, 2300124, 2023
Il gruppo PoliMi sta collaborando con AFR (Advanced Fiber Resources Milan S.r.L, Italia) sullo sfruttamento del niobato di litio a film sottile per applicazioni di calcolo fotonico e fotonica a microonde. I vantaggi sono l'assenza di diafonia termica e una velocità molto più elevata rispetto alla fotonica del silicio.
Partner di programma:
Politecnico di Milano, il chip che fa i “conti” con la luce su Nature Photonics, una collaborazione tra Politecnico di Milano e Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa richiamata da Repubblica Affari&Finanza:
https://finanza.repubblica.it/Pages/News/Item.aspx?ID=193_2023-11-29_TLB
https://www.youtube.com/watch?v=fc2XvJOirHs
Light: Science & Applications dedica un numero speciale alla ricerca del PoliMi su Ottica e Fotonica.
Il Prof. Francesco Morichetti del Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria e il Prof. Giulio Cerullo del Dipartimento di Fisica sono stati selezionati come Guest Editors-in-Chief di un numero speciale della rivista scientifica Light: Science & Applications (Springer Nature Group) dedicato ai più recenti e affascinanti lavori di ricerca in ottica e fotonica svolti al Politecnico di Milano. Gli argomenti di interesse nell'ambito del numero speciale includono, ma non solo: biofotonica e ottica medica; imaging ottico e display; materiali ottici, metamateriali e cristalli fotonici; comunicazioni ottiche e fibre ottiche; ottica quantistica e informazione quantistica; dispositivi optoelettronici e fotorivelatori; laser e ottica laser; micro, nano e fotonica integrata; ottica non lineare; ottica ultraveloce e spettroscopia a femtosecondi/attosecondi. https://www.nature.com/documents/Politecnico_di_Milano_Special_Issue__announcement_.pdf
https://finanza.repubblica.it/Pages/News/Item.aspx?ID=193_2023-11-29_TLB
https://www.youtube.com/watch?v=fc2XvJOirHs
Light: Science & Applications dedica un numero speciale alla ricerca del PoliMi su Ottica e Fotonica.
Il Prof. Francesco Morichetti del Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria e il Prof. Giulio Cerullo del Dipartimento di Fisica sono stati selezionati come Guest Editors-in-Chief di un numero speciale della rivista scientifica Light: Science & Applications (Springer Nature Group) dedicato ai più recenti e affascinanti lavori di ricerca in ottica e fotonica svolti al Politecnico di Milano. Gli argomenti di interesse nell'ambito del numero speciale includono, ma non solo: biofotonica e ottica medica; imaging ottico e display; materiali ottici, metamateriali e cristalli fotonici; comunicazioni ottiche e fibre ottiche; ottica quantistica e informazione quantistica; dispositivi optoelettronici e fotorivelatori; laser e ottica laser; micro, nano e fotonica integrata; ottica non lineare; ottica ultraveloce e spettroscopia a femtosecondi/attosecondi. https://www.nature.com/documents/Politecnico_di_Milano_Special_Issue__announcement_.pdf
- Most relevant Publications:
- F. Zanetto et al., "Time-Multiplexed Control of Programmable Silicon Photonic Circuits Enabled by Monolithic CMOS Electronics", Laser & Photonics Reviews, 2300124, 2023
- A. Melloni et al., Programmable photonics for free space optics communications and computing, IEEE IPC, Orlando, 2023, invited
- F. Morichetti, Integrated Photonic Processors for Optical Free-Space Links, OFC 2024, San Diego, invited
- G. Calò et al.,“Integrated Optical Phased Arrays for on-chip Communication”, 23th ICTON, 2-6 July 2023, invited
- Number of groups that expressed the interest in foundry run participation: 8
- Acquisition of new instrumentation: 30%
Ricercatori coinvolti: 11
Proposte di collaborazione:
Uno degli obiettivi del progetto HePIC è quello di fornire un supporto ai partner di RESTART, dalla concettualizzazione al confezionamento, al fine di abbassare la barriera di accesso alle tecnologie PIC per i gruppi coinvolti in livelli gerarchici più elevati, come sistemi e reti.
È di fondamentale importanza per HePIC disporre dei fondi necessari per accedere alle fonderie commerciali nelle tecnologie SOI e LNOI. Il costo di un’esecuzione SOI MPW è di circa 60 kEu. Per le tecnologie LNOI, la fonderia AFR opera vicino a Milano e potrebbe essere coinvolta in modo vantaggioso. L’accesso sarebbe garantito fornendo una persona (PhD) per il periodo del progetto.
È possibile avanzare proposte di collaborazione sul progetto contattando il PI del progetto.
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