क्योसेरा आणि तोहोकू विद्यापीठाची लेसर पद्धत सिलिकॉन फोटोनिक्स चिपवरील परावर्तित प्रकाश ९५% कमी करते

सिलिकॉन फोटोनिक्सने संगणन आणि दळणवळणामध्ये प्रकाशाचा वेग आणण्याचे दीर्घकाळ वचन दिले आहे, परंतु हे तंत्रज्ञान एका हट्टी समस्येने ग्रासलेले आहे: परत परावर्तित होणारा प्रकाश. आता, क्योसेरा आणि तोहोकू विद्यापीठाचे म्हणणे आहे की त्यांनी जागतिक पातळीवर प्रथमच अशी लेसर पद्धत प्रदर्शित केली आहे जी सिलिकॉन फोटोनिक्स चिपवरील परावर्तित प्रकाश ९५% कमी करते. इंटरेस्टिंग इंजिनिअरिंगने वृत्त दिल्यानुसार, हा विकास एकात्मिक प्रकाशीय प्रणालींसाठी वाढत असलेला अडथळा सोडविण्यास मदत करू शकतो.

परावर्तित प्रकाश का महत्त्वाचा आहे

फोटोनिक एकात्मिक परिपथामध्ये, प्रकाश वेव्हगाइड, स्प्लिटर, मॉड्युलेटर आणि इतर घटकांमधून प्रवास करतो. जेथे अपवर्तनांक बदलतो अशा प्रत्येक संपर्कपृष्ठावर, प्रकाशाचा एक अंश मागे परावर्तित होऊ शकतो. हे परावर्तन क्षुल्लक वाटू शकतात, परंतु ते लेसर स्रोताकडे परत येऊन त्याचे कार्य बिघडवू शकतात. परिणामी आवाज वाढणे, अस्थिर आउटपुट पॉवर, मोड हॉपिंग आणि सिग्नल अखंडतेत घट होऊ शकते.

दशकांपासून, अभियंत्यांनी या मागे जाणाऱ्या प्रकाशाला अडविण्यासाठी प्रकाशीय आयसोलेटरवर अवलंबून राहिले आहेत. आयसोलेटर फोटॉनसाठी एकमार्गी वाल्व्हसारखा कार्य करतो: तो प्रकाशाला पुढच्या दिशेने जाऊ देतो तर मागे जाण्याचा प्रयत्न करणाऱ्या प्रकाशाला शोषून घेतो किंवा वळवतो. आयसोलेशनशिवाय, अनेक लेसर-आधारित प्रणाली विश्वासार्हपणे कार्य करू शकत नाहीत.

आयसोलेटर एकत्रित करण्याचे आव्हान

पारंपरिक प्रकाशीय आयसोलेटर आकाराने मोठे असतात आणि सिलिकॉन चिपवर एकत्रित करणे कठीण असते. ते बहुधा गार्नेटसारख्या मॅग्नेटो-ऑप्टिक सामग्रीवर अवलंबून असतात आणि त्यांना अचूक चुंबकीय क्षेत्रांची आवश्यकता असते. प्रकाशीय कार्यक्षमता खराब न करता ही सामग्री सिलिकॉनवर जमा करणे गुंतागुंतीचे आणि खर्चिक आहे. परिणामी, अनेक सिलिकॉन फोटोनिक्स प्रणाली अजूनही बाह्य आयसोलेटर वापरतात, ज्यामुळे संक्षिप्त, कमी खर्चाच्या एकात्मिक फोटोनिक्सचे उद्दिष्ट कमकुवत होते.

म्हणूनच क्योसेरा आणि तोहोकू विद्यापीठाचा नवीन निकाल लक्ष वेधून घेत आहे. पारंपरिक आयसोलेटर सामग्रीवर अवलंबून न राहता, संघाने लेसर-आधारित पद्धतीने परावर्तित प्रकाश ९५% कमी केला. हा दृष्टिकोन जागतिक पातळीवर प्रथम असल्याचे वर्णन केले आहे, आणि तो सिलिकॉन फोटोनिक्स चिपवर थेट परावर्तन व्यवस्थापित करण्याचा संभाव्यतः सोपा मार्ग दर्शवतो.

९५% घटीचा अर्थ

परावर्तित प्रकाशातील ९५% घट ही लक्षणीय सुधारणा आहे. प्रकाशीय प्रणालींमध्ये, अगदी कमी प्रमाणातील फीडबॅकही समस्या निर्माण करू शकतो, त्यामुळे बहुतेक परावर्तन दाबून टाकल्यास लेसर स्थिरता आणि सिग्नल गुणवत्ता लक्षणीयरीत्या सुधारू शकते. उर्वरित ५% अजूनही काळजीपूर्वक व्यवस्थापनाची आवश्यकता असू शकते, परंतु ही कामगिरी दर्शवते की चिपवरील परावर्तन नियंत्रण अधिक व्यवहार्य होत आहे.

वृत्तानुसार, हे तंत्रज्ञान वाढत्या आव्हानाला तोंड देण्यास मदत करू शकते: सिलिकॉन फोटोनिक्स प्रयोगशाळेतील प्रात्यक्षिकांकडून व्यावसायिक उत्पादनांकडे जात असताना, प्रकाशीय कार्यक्षमतेवरील मागणी वाढत आहे. डेटा सेंटर, AI प्रवेगक आणि उच्च-गती इंटरकनेक्टला कमी वीज वापरासह अधिकाधिक बँडविड्थ हवी आहे. सुरुवातीच्या नमुन्यांमध्ये सहन करण्यायोग्य असलेले परावर्तन मोठ्या प्रमाणावर गंभीर अडथळे बनू शकतात.

क्योसेरा आणि तोहोकू विद्यापीठ यांचे सहकार्य

हे कार्य क्योसेराच्या सामग्री आणि उत्पादनातील कौशल्याला तोहोकू विद्यापीठाच्या फोटोनिक्स आणि लेसर विज्ञानातील संशोधन क्षमतेशी जोडते. प्रकाशीय तंत्रज्ञानात जपानची नेतृत्वाची दीर्घ परंपरा आहे, आणि नवोन्मेष प्रयोगशाळेकडून कारखान्यापर्यंत नेण्यासाठी उद्योग आणि शैक्षणिक संस्थांमधील सहकार्य अधिकाधिक महत्त्वाचे ठरत आहे.

सुरुवातीच्या वृत्तात संपूर्ण तांत्रिक तपशील व्यापकपणे जाहीर केलेले नसले तरी, हे सहकार्य दर्शवते की ही पद्धत व्यावहारिक एकात्मिकतेच्या दृष्टीने विकसित केली जात आहे. क्योसेराचा सहभाग उत्पादनक्षमता, विश्वासार्हता आणि विस्तारक्षमतेवर लक्ष केंद्रित करत असल्याचे सूचित करतो—हे घटक प्रयोगशाळेतील यश व्यावसायिक तंत्रज्ञान बनेल की नाही हे बहुधा ठरवतात.

सिलिकॉन फोटोनिक्स वळणावर

सिलिकॉन फोटोनिक्स प्रकाश नियंत्रित करण्यासाठी सिलिकॉन-आधारित वेव्हगाइड आणि घटक वापरते. ते प्रस्थापित सेमीकंडक्टर उत्पादनाचा लाभ घेत असल्याने, उच्च प्रमाणात आणि कमी खर्चात प्रकाशीय उपकरणे तयार करू शकते. हे तंत्रज्ञान आधीच डेटा सेंटरसाठी ट्रान्सीव्हरमध्ये वापरले जात आहे, आणि LiDAR, बायोसेन्सिंग, क्वांटम संगणन आणि चिप्समधील प्रकाशीय इंटरकनेक्टसाठी त्याचा शोध घेतला जात आहे.

सर्वात मोठ्या अडथळ्यांपैकी एक म्हणजे व्यावहारिक, एकत्रित करण्यायोग्य प्रकाशीय आयसोलेटरचा अभाव. क्योसेरा–तोहोकू लेसर पद्धत विस्तारित आणि प्रमाणित करता आली तर, ती एक प्रमुख मर्यादा दूर करू शकते. त्यामुळे फीडबॅक-प्रेरित अस्थिरतेची फारशी चिंता न करता डिझाइनर एकाच चिपवर अधिक फोटोनिक कार्ये ठेवू शकतील.

उर्वरित प्रश्न आणि पुढील पायऱ्या

कोणत्याही नवीन तंत्रज्ञानाला व्यापक स्वीकारापूर्वी प्रश्नांना तोंड द्यावे लागते. संशोधकांना हे दाखवावे लागेल की ९५% घट वेगवेगळ्या तरंगलांबी, तापमान आणि उत्पादन सहनशीलतेमध्ये टिकून राहते. त्यांना हे देखील दाखवावे लागेल की लेसर पद्धत उच्च-प्रमाण उत्पादनाशी सुसंगत आहे आणि पुढच्या दिशेने अत्यधिक नुकसान करत नाही.

• ही पद्धत व्यावसायिक फाउंड्रीमध्ये सातत्याने पुनरुत्पादित करता येईल का?
• उपकरणाच्या आयुष्यभर ती कशी कार्य करते?
• ती विद्यमान प्रक्रिया प्रवाहांमध्ये लक्षणीय खर्च किंवा गुंतागुंत वाढवते का?
• ती हस्तक्षेपाशिवाय इतर चिपवरील फोटोनिक घटकांसोबत एकत्र करता येईल का?

ही प्रश्न कोणत्याही उदयोन्मुख फोटोनिक तंत्रज्ञानासाठी नेहमीचे आहेत, परंतु सुरुवातीचा निकाल आशादायक आहे. ९५% घट हा एक मजबूत प्रारंभबिंदू आहे, आणि तो लेसर-आधारित परावर्तन नियंत्रणावरील पुढील संशोधनाला चालना देऊ शकतो.

संभाव्य उपयोग

हा दृष्टिकोन व्यवहार्य ठरल्यास, तो विविध प्रणालींना लाभ देऊ शकतो. डेटा सेंटर इंटरकनेक्ट अधिक कार्यक्षम आणि विश्वासार्ह होऊ शकतात. उच्च-कार्यक्षमता संगणनासाठी प्रकाशीय I/O सोपे होऊ शकते. स्थिर लेसरवर अवलंबून असलेल्या सेन्सर आणि LiDAR प्रणालींमध्ये सुधारित कार्यक्षमता दिसू शकते. आवाजासाठी अत्यंत संवेदनशील असलेल्या क्वांटम फोटोनिक परिपथांनाही चांगल्या चिपवरील आयसोलेशनचा फायदा होऊ शकतो.

हा विकास एक व्यापक कल देखील अधोरेखित करतो: लेसर तंत्रज्ञान आणि सिलिकॉन फोटोनिक्स यांचा संगम. लेसर आता केवळ बाह्य प्रकाश स्रोत नाहीत; ते चिपवरच प्रकाश प्रक्रिया आणि नियंत्रण करण्याची साधने बनत आहेत. या संगमामुळे पूर्वी अव्यवहार्य असलेल्या नवीन उपकरण संरचना निर्माण होऊ शकतात.

पुढे पाहताना

क्योसेरा आणि तोहोकू विद्यापीठाची घोषणा ही आठवण आहे की सिलिकॉन फोटोनिक्स अजूनही वेगाने विकसित होत आहे. उद्योगाने मॉड्युलेटर, डिटेक्टर आणि वेव्हगाइडमध्ये मोठी प्रगती केली असली तरी, आयसोलेशन हा दुर्बल मुद्दा राहिला आहे. परावर्तित प्रकाश ९५% कमी करणारी जागतिक पातळीवर प्रथम लेसर पद्धत कोड्याचा एक महत्त्वाचा तुकडा ठरू शकते.

कोणत्याही यशाप्रमाणे, स्वतंत्र पडताळणी आणि पुढील विकास आवश्यक आहेत. ही पद्धत तिच्या सुरुवातीच्या वचनाला पात्र ठरल्यास, ती पुढील पिढीतील एकात्मिक प्रकाशीय प्रणाली—आजच्या रचनांपेक्षा वेगवान, अधिक कार्यक्षम आणि अधिक मजबूत प्रणाली—उघडण्यास मदत करू शकते. सध्या, हा निकाल फोटोनिक्समधील सर्वात चिकाटीच्या आव्हानांपैकी एक सोडविण्याच्या दिशेने एक उल्लेखनीय पाऊल म्हणून उभा आहे.

हा लेख इंटरेस्टिंग इंजिनिअरिंगच्या वृत्तांकनावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.