क्योसेरा और तोहोकू की लेजर विधि सिलिकॉन फोटोनिक्स चिप्स पर पीछे परावर्तित प्रकाश को 95% तक कम करती है

सिलिकॉन फोटोनिक्स ने लंबे समय से कंप्यूटिंग और संचार में प्रकाश की गति लाने का वादा किया है, लेकिन यह तकनीक एक जिद्दी समस्या से जूझ रही है: वापस उछलने वाला प्रकाश। अब, क्योसेरा और तोहोकू विश्वविद्यालय का कहना है कि उन्होंने एक विश्व-प्रथम लेजर विधि का प्रदर्शन किया है जो सिलिकॉन फोटोनिक्स चिप्स पर पीछे परावर्तित प्रकाश को 95% तक कम करती है। इंटरेस्टिंग इंजीनियरिंग द्वारा रिपोर्ट किया गया यह विकास एकीकृत ऑप्टिकल सिस्टम के लिए बढ़ती बाधा को हल करने में मदद कर सकता है।

पीछे परावर्तित प्रकाश क्यों मायने रखता है

एक फोटोनिक इंटीग्रेटेड सर्किट में, प्रकाश वेवगाइड, स्प्लिटर, मॉड्यूलेटर और अन्य घटकों के माध्यम से यात्रा करता है। प्रत्येक इंटरफेस पर जहां अपवर्तक सूचकांक बदलता है, प्रकाश का एक अंश पीछे की ओर परावर्तित हो सकता है। ये परावर्तन मामूली लग सकते हैं, लेकिन वे लेजर स्रोत पर वापस लौट सकते हैं और उसके संचालन को बाधित कर सकते हैं। परिणामस्वरूप शोर बढ़ सकता है, आउटपुट पावर अस्थिर हो सकती है, मोड हॉपिंग हो सकती है, और सिग्नल की अखंडता कम हो सकती है।

दशकों से, इंजीनियरों ने इस पीछे की ओर यात्रा करने वाले प्रकाश को रोकने के लिए ऑप्टिकल आइसोलेटर पर भरोसा किया है। एक आइसोलेटर फोटॉन के लिए एकतरफा वाल्व की तरह कार्य करता है: यह प्रकाश को आगे की दिशा में जाने देता है जबकि पीछे जाने की कोशिश करने वाले प्रकाश को अवशोषित या मोड़ देता है। आइसोलेशन के बिना, कई लेजर-आधारित सिस्टम विश्वसनीय रूप से संचालित नहीं हो सकते।

आइसोलेटर को एकीकृत करने की चुनौती

पारंपरिक ऑप्टिकल आइसोलेटर भारी होते हैं और सिलिकॉन चिप पर एकीकृत करना मुश्किल होता है। वे अक्सर मैग्नेटो-ऑप्टिक सामग्री, जैसे गार्नेट, पर निर्भर करते हैं, और सटीक चुंबकीय क्षेत्रों की आवश्यकता होती है। ऑप्टिकल प्रदर्शन को खराब किए बिना सिलिकॉन पर इन सामग्रियों को जमा करना जटिल और महंगा है। परिणामस्वरूप, कई सिलिकॉन फोटोनिक्स सिस्टम अभी भी बाहरी आइसोलेटर का उपयोग करते हैं, जो कॉम्पैक्ट, कम लागत वाले एकीकृत फोटोनिक्स के लक्ष्य को कमजोर करता है।

यही कारण है कि क्योसेरा और तोहोकू विश्वविद्यालय का नया परिणाम ध्यान आकर्षित कर रहा है। पारंपरिक आइसोलेटर सामग्री पर निर्भर रहने के बजाय, टीम ने पीछे परावर्तित प्रकाश को 95% तक कम करने के लिए लेजर-आधारित विधि का उपयोग किया। इस दृष्टिकोण को विश्व-प्रथम बताया गया है, और यह सिलिकॉन फोटोनिक्स चिप्स पर सीधे परावर्तनों के प्रबंधन की ओर संभावित रूप से सरल रास्ता दर्शाता है।

95% कमी का क्या अर्थ है

पीछे परावर्तित प्रकाश में 95% की कमी एक पर्याप्त सुधार है। ऑप्टिकल सिस्टम में, फीडबैक की थोड़ी मात्रा भी समस्याएं पैदा कर सकती है, इसलिए अधिकांश परावर्तनों को दबाना लेजर स्थिरता और सिग्नल गुणवत्ता में काफी सुधार कर सकता है। शेष 5% को अभी भी सावधानीपूर्वक प्रबंधन की आवश्यकता हो सकती है, लेकिन यह उपलब्धि बताती है कि ऑन-चिप परावर्तन नियंत्रण अधिक व्यवहार्य होता जा रहा है।

रिपोर्ट के अनुसार, यह तकनीक एक बढ़ती चुनौती को संबोधित करने में मदद कर सकती है: जैसे-जैसे सिलिकॉन फोटोनिक्स प्रयोगशाला प्रदर्शनों से वाणिज्यिक उत्पादों की ओर बढ़ रहा है, ऑप्टिकल प्रदर्शन पर मांगें बढ़ रही हैं। डेटा सेंटर, AI एक्सेलेरेटर और हाई-स्पीड इंटरकनेक्ट को कम बिजली खपत के साथ अधिक से अधिक बैंडविड्थ की आवश्यकता है। शुरुआती प्रोटोटाइप में सहनीय परावर्तन बड़े पैमाने पर गंभीर बाधाएं बन सकते हैं।

क्योसेरा और तोहोकू विश्वविद्यालय का सहयोग

यह कार्य क्योसेरा की सामग्री और निर्माण में विशेषज्ञता को तोहोकू विश्वविद्यालय की फोटोनिक्स और लेजर विज्ञान में अनुसंधान क्षमताओं के साथ जोड़ता है। जापान का ऑप्टिकल प्रौद्योगिकियों में नेतृत्व का लंबा इतिहास रहा है, और नवाचारों को प्रयोगशाला से फैब तक ले जाने के लिए उद्योग और शिक्षा जगत के बीच सहयोग तेजी से महत्वपूर्ण हो रहा है।

हालांकि प्रारंभिक रिपोर्ट में पूर्ण तकनीकी विवरण व्यापक रूप से प्रकट नहीं किए गए हैं, सहयोग संकेत देता है कि यह विधि व्यावहारिक एकीकरण को ध्यान में रखते हुए विकसित की जा रही है। क्योसेरा की भागीदारी विनिर्माण क्षमता, विश्वसनीयता और मापनीयता पर ध्यान केंद्रित करने का संकेत देती है—ऐसे कारक जो अक्सर यह निर्धारित करते हैं कि प्रयोगशाला की सफलता वाणिज्यिक तकनीक बनती है या नहीं।

सिलिकॉन फोटोनिक्स एक महत्वपूर्ण मोड़ पर

सिलिकॉन फोटोनिक्स प्रकाश को नियंत्रित करने के लिए सिलिकॉन-आधारित वेवगाइड और घटकों का उपयोग करता है। चूंकि यह स्थापित सेमीकंडक्टर निर्माण का लाभ उठाता है, यह संभावित रूप से उच्च मात्रा और कम लागत पर ऑप्टिकल उपकरणों का उत्पादन कर सकता है। यह तकनीक पहले से ही डेटा सेंटर के ट्रांसीवर में उपयोग की जाती है, और इसे LiDAR, बायोसेंसिंग, क्वांटम कंप्यूटिंग और चिप्स के बीच ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट के लिए खोजा जा रहा है।

सबसे बड़ी बाधाओं में से एक व्यावहारिक, एकीकृत करने योग्य ऑप्टिकल आइसोलेटर की कमी रही है। यदि क्योसेरा–तोहोकू लेजर विधि को मापनीय और मानकीकृत किया जा सकता है, तो यह एक प्रमुख सीमा को दूर कर सकती है। इससे डिजाइनरों को फीडबैक-प्रेरित अस्थिरता की चिंता किए बिना एक ही चिप पर अधिक फोटोनिक कार्यों को समाहित करने की अनुमति मिलेगी।

शेष प्रश्न और अगले कदम

किसी भी नई तकनीक को व्यापक रूप से अपनाए जाने से पहले प्रश्नों का सामना करना पड़ता है। शोधकर्ताओं को यह प्रदर्शित करना होगा कि 95% की कमी विभिन्न तरंगदैर्ध्य, तापमान और निर्माण सहनशीलता में बनी रहती है। उन्हें यह भी दिखाना होगा कि लेजर विधि उच्च-मात्रा निर्माण के साथ संगत है और आगे की दिशा में अत्यधिक नुकसान नहीं डालती।

• क्या विधि को वाणिज्यिक फाउंड्री में लगातार दोहराया जा सकता है?
• यह किसी उपकरण के जीवनकाल में कैसा प्रदर्शन करती है?
• क्या यह मौजूदा प्रक्रिया प्रवाहों में महत्वपूर्ण लागत या जटिलता जोड़ती है?
• क्या इसे हस्तक्षेप के बिना अन्य ऑन-चिप फोटोनिक घटकों के साथ जोड़ा जा सकता है?

ये प्रश्न किसी भी उभरती फोटोनिक तकनीक के लिए सामान्य हैं, लेकिन प्रारंभिक परिणाम आशाजनक है। 95% की कमी एक मजबूत शुरुआती बिंदु है, और यह लेजर-आधारित परावर्तन नियंत्रण पर आगे के शोध को प्रोत्साहित कर सकती है।

संभावित अनुप्रयोग

यदि यह दृष्टिकोण व्यवहार्य साबित होता है, तो यह कई प्रकार के सिस्टमों को लाभ पहुंचा सकता है। डेटा सेंटर इंटरकनेक्ट अधिक कुशल और विश्वसनीय हो सकते हैं। उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग के लिए ऑप्टिकल I/O को सरल बनाया जा सकता है। स्थिर लेजर पर निर्भर सेंसर और LiDAR सिस्टम बेहतर प्रदर्शन देख सकते हैं। यहां तक कि क्वांटम फोटोनिक सर्किट, जो शोर के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं, बेहतर ऑन-चिप आइसोलेशन से लाभ उठा सकते हैं।

यह विकास एक व्यापक प्रवृत्ति को भी उजागर करता है: लेजर प्रौद्योगिकी और सिलिकॉन फोटोनिक्स का अभिसरण। लेजर अब केवल बाहरी प्रकाश स्रोत नहीं हैं; वे चिप पर ही प्रकाश को संसाधित और नियंत्रित करने के उपकरण बन रहे हैं। यह संलयन नए उपकरण आर्किटेक्चर को जन्म दे सकता है जो पहले अव्यावहारिक थे।

आगे की ओर

क्योसेरा और तोहोकू विश्वविद्यालय की घोषणा एक अनुस्मारक है कि सिलिकॉन फोटोनिक्स अभी भी तेजी से विकसित हो रहा है। जबकि उद्योग ने मॉड्यूलेटर, डिटेक्टर और वेवगाइड में बड़ी प्रगति की है, आइसोलेशन एक कमजोर बिंदु बना हुआ है। एक विश्व-प्रथम लेजर विधि जो पीछे परावर्तित प्रकाश को 95% तक कम करती है, पहेली का एक महत्वपूर्ण टुकड़ा हो सकती है।

किसी भी सफलता की तरह, स्वतंत्र सत्यापन और आगे का विकास आवश्यक है। यदि यह विधि अपने प्रारंभिक वादे पर खरी उतरती है, तो यह एकीकृत ऑप्टिकल सिस्टम की अगली पीढ़ी को अनलॉक करने में मदद कर सकती है—ऐसे सिस्टम जो आज के डिजाइनों की तुलना में तेज, अधिक कुशल और अधिक मजबूत हैं। फिलहाल, यह परिणाम फोटोनिक्स की सबसे लगातार चुनौतियों में से एक को हल करने की दिशा में एक उल्लेखनीय कदम है।

यह लेख इंटरेस्टिंग इंजीनियरिंग की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।