El Instituto Astrofísico de Canarias (IAC) ha desarrollado su primer circuito integrado fotónico completamente diseñado en sus instalaciones. Este desarrollo es todo un hito para el instituto, el cual permitirá mejorar la mejorar la instrumentación astronómica y desarrollar sistemas innovadores para la observación del cosmos.

La instrumentación utilizada en astrofísica, tanto terrestre como espacial, enfrenta desafíos únicos debido a sus requisitos específicos, que frecuentemente no son satisfechos por sistemas o subsistemas comerciales. Esta situación obliga a la adquisición de componentes a costos elevados o al encargo de desarrollos personalizados a través de proveedores externos, lo cual incrementa de manera considerable los gastos asociados.

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, apoyado 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 para el desarrollo de dispositivos más rápidos, eficientes y compactos, como 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.

La revolución fotónica en la astrofísica

En el marco de sus primeros proyectos, LABIC 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 el sensado del 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”, explica Diego Portero Rodríguez, estudiante de doctorado en el IAC que 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.

Este circuito de fotónica integrada, que tiene unas dimensiones de tan solo 2×8 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 Luis Fernando Rodríguez, jefe del Departamento de Electrónica del Área de Instrumentación del IAC.

Un laboratorio único en España

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 10 estudiantes a través de diferentes becas, prácticas externas y de formación profesional (como las ICEX Vives), trabajos de final de grado y tesis doctorales.

Imagen de portada: Unsplash. Resto de imágenes: IAC