Una nueva tecnología de chips ópticos desarrollada por Kyocera y la Universidad de Tohoku podría ayudar a resolver un problema creciente en los centros de datos de alta velocidad, al recortar cerca de 95% la luz reflejada hacia atrás.

La tecnología integra un aislador óptico directamente sobre un chip de fotónica de silicio mediante recocido láser, un proceso que calienta únicamente un área determinada en lugar de exponer el chip completo a temperaturas altas.

Eso importa porque los aisladores ópticos impiden que la luz viaje de vuelta hacia la fuente láser. La luz reflejada puede interferir con el láser y degradar el rendimiento de los sistemas de comunicación óptica.

A medida que las cargas de trabajo de inteligencia artificial empujan a los centros de datos a mover volúmenes crecientes de información, la fotónica de silicio se está desarrollando para entregar conexiones más rápidas y más eficientes en energía. La tecnología usa luz en vez de señales eléctricas para transmitir y procesar datos.

El calor del láser resuelve la integración

Los aisladores ópticos suelen depender del granate magneto óptico, un material cristalino que necesita calentarse a unos 600 grados Celsius o más para desarrollar las propiedades que permiten suprimir la luz reflejada.

Calentar un chip de fotónica de silicio completo a esa temperatura, sin embargo, puede dañar sus electrodos, su cableado y otros componentes. Kyocera y la Universidad de Tohoku abordaron el problema dirigiendo un láser de infrarrojo cercano solo a la sección donde se está formando el aislador.

El láser se enfocó sobre un área de aproximadamente 700 por 700 micrómetros. Ese calentamiento localizado cristalizó el granate magneto óptico sin someter la circuitería fotónica de silicio circundante a la misma carga térmica.

¿Por qué sirve para los centros de datos de IA?

El enfoque podría facilitar la integración de aisladores ópticos con circuitos ópticos compactos y con la llamada óptica coempaquetada, o CPO por sus siglas en inglés. La CPO ubica componentes ópticos y electrónicos dentro del mismo empaque semiconductor, lo que reduce los recorridos de señal y potencialmente baja las pérdidas y el consumo de energía.

En los enlaces ópticos, mantener la luz avanzando en la dirección buscada se vuelve cada vez más importante a medida que los sistemas se hacen más pequeños y más integrados. Un aislador fabricado de forma directa podría, por lo tanto, eliminar un obstáculo clave de integración para los circuitos fotónicos compactos que usarán las redes de alta velocidad del futuro.

El chip bloquea la interferencia óptica

Los investigadores fabricaron un aislador óptico sobre una guía de onda de silicio y probaron qué tan bien podía distinguir entre la luz que viaja hacia adelante y la que se refleja hacia atrás.

El dispositivo alcanzó una razón de aislamiento de 13,6 decibeles en el rango de longitudes de onda de comunicación óptica. Según los investigadores, eso correspondió a una reducción de aproximadamente 95% de la luz reflejada.

La microscopía electrónica también mostró que el granate magneto óptico tratado con láser había cristalizado de manera correcta sobre la guía de onda de silicio, lo que respalda el funcionamiento demostrado en el experimento.

El resultado se apoya en trabajos anteriores de Kyocera y la Universidad de Tohoku para desarrollar aisladores ópticos que puedan integrarse directamente sobre circuitos ópticos.

¿Qué falta para llegar a producción?

Las compañías apuntan ahora a mejorar la tecnología reduciendo las pérdidas ópticas, aumentando la eficiencia y haciendo el proceso más apto para la fabricación en masa.

Si se logran esas mejoras, los aisladores ópticos integrados de forma directa podrían volverse útiles en sistemas ópticos de alta densidad, en particular a medida que los centros de datos adopten más fotónica de silicio y CPO para manejar las cargas crecientes ligadas a la inteligencia artificial.

Para dimensionar la escala del problema, un enlace óptico de 1,6 terabits por segundo, el estándar hacia el que apunta la industria de centros de datos en 2026, exige mantener márgenes de ruido muy estrechos: cada decibel de luz que vuelve al láser se traduce en errores de transmisión que obligan a bajar la tasa efectiva. Los 13,6 decibeles de aislamiento reportados quedan todavía por debajo de los 30 a 40 decibeles que entregan los aisladores discretos de mesa óptica, pero esos componentes no caben dentro de un empaque de chip.

Para el mercado latinoamericano el efecto llega por la vía indirecta del costo por bit en los centros de datos regionales, un segmento en expansión en Chile, donde el consumo eléctrico de la infraestructura de IA ya es materia de debate regulatorio. Menos pérdidas ópticas significan menos vatios por terabit transportado.

La investigación fue publicada en IEEE Access.