El IAC desarrolla su primer chip fotónico para la astrofísica

El Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) se posiciona a la vanguardia de la tecnología astrofísica al desarrollar el primer circuito integrado fotónico completamente diseñado en sus instalaciones. Este avance pionero permitirá mejorar la instrumentación astronómica y desarrollar sistemas innovadores para la observación del cosmos.

La instrumentación astrofísica terrestre y espacial presenta requerimientos tan particulares que, en muchas ocasiones, los sistemas o subsistemas comerciales no cumplen las especificaciones exigidas. Esto obliga a adquirir componentes a precios elevados o a encargar desarrollos personalizados a empresas externas, lo que incrementa significativamente los costos. Este desarrollo, por tanto, reducirá de alguna manera la dependencia de Canarias a la hora de desarrollar su ciencia de vanguardia.

Desde 2019, como parte del Plan Estratégico del IAC, el Departamento de Electrónica del Área de Instrumentación ha trabajado en desarrollar las capacidades necesarias para diseñar y caracterizar circuitos integrados destinados a la instrumentación astrofísica. Dicho trabajo, que se apoya en diferentes fuentes de financiación, permitió en 2022 la creación y puesta en marcha del Laboratorio de Circuitos Integrados (Labic).

Desde este laboratorio se están explorado diversas tecnologías que permitan al IAC poder desarrollar dispositivos más rápidos, eficientes y compactos. En este sentido, por ejemplo, se valora la integración de la microelectrónica, es decir, circuitos electrónicos del orden de micrómetros (millonésimas de metro), y la fotónica integrada, que combina componentes ópticos en un único chip y emplea fotones (partículas de luz) en lugar de utilizar electrones para procesar información, en sus futuros desarrollos.

La revolución fotónica

Durante los últimos años Labic ha realizado distintos proyectos que han dado lugar a diversos prototipos. Hasta el momento, este laboratorio único en España ha desarrollado un prototipo de chip fotónico basado en fosfuro de indio (InP), un material semiconductor, como prueba de concepto para posibles aplicaciones en óptica adaptativa, técnica que permite compensar, en tiempo real, las distorsiones causadas por la atmósfera.

La atmósfera terrestre distorsiona la forma de la onda de luz (frente de onda) proveniente de los objetos celestes, lo que genera imágenes borrosas en los telescopios. La óptica adaptativa actúa como una lente que se adapta constantemente para corregir estas imperfecciones. Mediante sensores especiales mide con precisión las irregularidades del frente de onda y ajusta un espejo deformable para obtener imágenes más nítidas.

El chip fotónico desarrollado por el IAC permitiría aumentar en varios órdenes de magnitud la velocidad a la que se realiza esta acción automatizada en el frente de onda. «Este hito representa un gran paso adelante en el desarrollo de instrumentación astronómica. La fotónica integrada nos permitirá diseñar instrumentos más compactos, rápidos y eficientes, lo que a su vez nos permitirá explorar el universo con mayor detalle», revela Diego Portero Rodríguez, estudiante de doctorado del IAC. Portero, que también ha desarrollado este circuito como parte de su tesis, dirigida por los ingenieros Hugo García Vázquez, también responsable del laboratorio Labic, y José Javier Díaz García, asegura que esto «permitirá diseñar instrumentos más compactos, rápidos y eficientes, lo que a su vez nos permitirá explorar el universo con mayor detalle».

Este circuito de fotónica integrada, que tiene unas dimensiones de tan solo 2x8 mm, ya ha sido enviado para su fabricación y el equipo espera poder testarlo en los próximos meses. «El diseño completo de este desarrollo convierte el IAC en uno de los pocos centros de investigación en el mundo pioneros en el uso de este tipo de tecnologías para la instrumentación astrofísica», señala, por su parte, Luis Fernando Rodríguez, jefe del Departamento de Electrónica del Área de Instrumentación del IAC.

Labic está integrado dentro del consorcio europeo Europractice, la Asociación Española de la Industria de Semiconductores (AESEMI) y el ecosistema CanaryCHIP. Además del diseño de circuitos integrados, este laboratorio tiene entre sus funciones: establecer colaboraciones con otros centros de investigación y empresas para desarrollar elementos para instrumentación astrofísica con microelectrónica y fotónica integrada; la publicación de resultados científicos; y la continua mejora de las capacidades del laboratorio a través de distintas fuentes de financiación (Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia, planes de actuación, etc.).

Hasta el momento, y relacionado directamente con esta nueva capacidad, se han podido beneficiar hasta una decena estudiantes a través de diferentes becas, prácticas externas y de formación profesional (como las Icex Vives), trabajos de final de grado y tesis doctorales.