సిలికాన్ ఫోటోనిక్స్ కంప్యూటింగ్ మరియు కమ్యూనికేషన్‌లకు కాంతి వేగాన్ని అందించాలని చాలాకాలంగా వాగ్దానం చేస్తోంది, కానీ ఈ సాంకేతికత ఒక మొండి సమస్యతో పోరాడుతోంది: వెనుకకు మరలిపోయే కాంతి. ఇప్పుడు, Kyocera మరియు Tohoku University సిలికాన్ ఫోటోనిక్స్ చిప్‌లపై వెనుకకు ప్రతిఫలించే కాంతిని 95% తగ్గించే ప్రపంచంలోనే మొదటి లేజర్ పద్ధతిని ప్రదర్శించామని చెబుతున్నాయి. Interesting Engineering నివేదించిన ఈ అభివృద్ధి, సమగ్ర ఆప్టికల్ వ్యవస్థలకు పెరుగుతున్న అడ్డంకిని పరిష్కరించడంలో సహాయపడవచ్చు.
వెనుకకు ప్రతిఫలించే కాంతి ఎందుకు ముఖ్యం
ఫోటోనిక్ ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్‌లో, కాంతి వేవ్‌గైడ్‌లు, స్ప్లిటర్‌లు, మాడ్యులేటర్‌లు మరియు ఇతర భాగాల గుండా ప్రయాణిస్తుంది. వక్రీభవన సూచిక మారే ప్రతి ఇంటర్‌ఫేస్ వద్ద, కాంతిలో కొంత భాగం వెనుకకు ప్రతిఫలించవచ్చు. ఈ ప్రతిఫలనలు చిన్నవిగా అనిపించవచ్చు, కానీ అవి లేజర్ మూలానికి తిరిగి వచ్చి దాని పనితీరును భంగపరచవచ్చు. ఫలితంగా పెరిగిన శబ్దం, అస్థిరమైన అవుట్‌పుట్ శక్తి, మోడ్ హాపింగ్ మరియు తగ్గిన సిగ్నల్ సమగ్రత ఏర్పడవచ్చు.
దశాబ్దాలుగా, ఇంజనీర్లు ఈ వెనుకకు ప్రయాణించే కాంతిని నిరోధించడానికి ఆప్టికల్ ఐసోలేటర్‌లపై ఆధారపడ్డారు. ఐసోలేటర్ ఫోటాన్‌లకు ఒక-మార్గ కవాటం లాగా పనిచేస్తుంది: ఇది ముందుకు దిశలో కాంతిని వెళ్లనిస్తుంది, అయితే వెనుకకు వెళ్లడానికి ప్రయత్నించే కాంతిని శోషించడం లేదా మళ్లించడం చేస్తుంది. ఐసోలేషన్ లేకుండా, అనేక లేజర్-ఆధారిత వ్యవస్థలు నమ్మకంగా పనిచేయలేవు.
ఐసోలేటర్‌లను సమగ్రపరచడంలో సవాలు
సాంప్రదాయ ఆప్టికల్ ఐసోలేటర్‌లు పెద్దవిగా ఉంటాయి మరియు సిలికాన్ చిప్‌పై సమగ్రపరచడం కష్టం. అవి తరచుగా గార్నెట్‌ల వంటి మాగ్నెటో-ఆప్టిక్ పదార్థాలపై ఆధారపడతాయి మరియు ఖచ్చితమైన అయస్కాంత క్షేత్రాలు అవసరం. ఆప్టికల్ పనితీరును దెబ్బతీయకుండా ఈ పదార్థాలను సిలికాన్‌పై నిక్షేపించడం సంక్లిష్టమైనది మరియు ఖరీదైనది. ఫలితంగా, అనేక సిలికాన్ ఫోటోనిక్స్ వ్యవస్థలు ఇప్పటికీ బాహ్య ఐసోలేటర్‌లను ఉపయోగిస్తాయి, ఇది కాంపాక్ట్, తక్కువ-ఖర్చు సమగ్ర ఫోటోనిక్స్ లక్ష్యాన్ని దెబ్బతీస్తుంది.
అందుకే Kyocera మరియు Tohoku University నుండి వచ్చిన కొత్త ఫలితం దృష్టిని ఆకర్షిస్తోంది. సాంప్రదాయ ఐసోలేటర్ పదార్థాలపై ఆధారపడకుండా, బృందం వెనుకకు ప్రతిఫలించే కాంతిని 95% తగ్గించడానికి లేజర్-ఆధారిత పద్ధతిని ఉపయోగించింది. ఈ విధానం ప్రపంచంలోనే మొదటిదిగా వర్ణించబడింది మరియు ఇది సిలికాన్ ఫోటోనిక్స్ చిప్‌లపై నేరుగా ప్రతిఫలనలను నిర్వహించడానికి సంభావ్యంగా సరళమైన మార్గాన్ని సూచిస్తుంది.
95% తగ్గింపు అంటే ఏమిటి
వెనుకకు ప్రతిఫలించే కాంతిలో 95% తగ్గింపు గణనీయమైన మెరుగుదల. ఆప్టికల్ వ్యవస్థలలో, చిన్న మొత్తంలో ఫీడ్‌బ్యాక్ కూడా సమస్యలను కలిగించవచ్చు, కాబట్టి చాలా ప్రతిఫలనలను అణచివేయడం లేజర్ స్థిరత్వం మరియు సిగ్నల్ నాణ్యతను గణనీయంగా మెరుగుపరచగలదు. మిగిలిన 5% ఇప్పటికీ జాగ్రత్తగా నిర్వహించాల్సి ఉండవచ్చు, కానీ ఈ సాధన ఆన్-చిప్ ప్రతిఫలన నియంత్రణ మరింత సాధ్యమవుతోందని సూచిస్తుంది.
నివేదిక ప్రకారం, ఈ సాంకేతికత పెరుగుతున్న సవాలును పరిష్కరించడంలో సహాయపడవచ్చు: సిలికాన్ ఫోటోనిక్స్ ప్రయోగశాల ప్రదర్శనల నుండి వాణిజ్య ఉత్పత్తుల వైపు కదులుతున్నప్పుడు, ఆప్టికల్ పనితీరుపై డిమాండ్లు పెరుగుతున్నాయి. డేటా సెంటర్లు, AI యాక్సిలరేటర్లు మరియు హై-స్పీడ్ ఇంటర్‌కనెక్ట్‌లకు తక్కువ విద్యుత్ వినియోగంతో మరింత ఎక్కువ బ్యాండ్‌విడ్త్ అవసరం. ప్రారంభ ప్రోటోటైప్‌లలో సహించదగిన ప్రతిఫలనలు స్కేల్ వద్ద తీవ్రమైన అడ్డంకులుగా మారవచ్చు.
Kyocera మరియు Tohoku University సహకారం
ఈ పని పదార్థాలు మరియు తయారీలో Kyocera నైపుణ్యాన్ని ఫోటోనిక్స్ మరియు లేజర్ సైన్స్‌లో Tohoku University పరిశోధన సామర్థ్యాలతో కలుపుతుంది. ఆప్టికల్ సాంకేతికతలలో జపాన్‌కు సుదీర్ఘ నాయకత్వ చరిత్ర ఉంది, మరియు పరిశ్రమ మరియు అకాడమియా మధ్య సహకారాలు ఆవిష్కరణలను ప్రయోగశాల నుండి ఫ్యాబ్‌కు తరలించడానికి మరింత ముఖ్యమైనవిగా మారుతున్నాయి.
పూర్తి సాంకేతిక వివరాలు ప్రారంభ నివేదికలో విస్తృతంగా వెల్లడించబడనప్పటికీ, ఈ సహకారం ఈ పద్ధతి ఆచరణాత్మక సమగ్రతను దృష్టిలో ఉంచుకుని అభివృద్ధి చేయబడుతోందని సూచిస్తుంది. Kyocera ప్రమేయం తయారీ సామర్థ్యం, విశ్వసనీయత మరియు స్కేలబిలిటీపై దృష్టి సారించడాన్ని సూచిస్తుంది—ఇవి తరచుగా ప్రయోగశాల పురోగతి వాణిజ్య సాంకేతికతగా మారుతుందో లేదో నిర్ణయించే కారకాలు.
సిలికాన్ ఫోటోనిక్స్ ఒక మలుపు తిరుగుతున్న సమయంలో
సిలికాన్ ఫోటోనిక్స్ కాంతిని నియంత్రించడానికి సిలికాన్-ఆధారిత వేవ్‌గైడ్‌లు మరియు భాగాలను ఉపయోగిస్తుంది. ఇది స్థాపించబడిన సెమీకండక్టర్ తయారీని ఉపయోగించుకుంటుంది కాబట్టి, అధిక పరిమాణంలో మరియు తక్కువ ఖర్చుతో ఆప్టికల్ పరికరాలను ఉత్పత్తి చేయగలదు. ఈ సాంకేతికత ఇప్పటికే డేటా సెంటర్ల కోసం ట్రాన్స్‌సీవర్‌లలో ఉపయోగించబడుతోంది మరియు LiDAR, బయోసెన్సింగ్, క్వాంటం కంప్యూటింగ్ మరియు చిప్‌ల మధ్య ఆప్టికల్ ఇంటర్‌కనెక్ట్‌ల కోసం అన్వేషించబడుతోంది.
అతిపెద్ద అడ్డంకులలో ఒకటి ఆచరణాత్మక, సమగ్రపరచగల ఆప్టికల్ ఐసోలేటర్ లేకపోవడం. Kyocera–Tohoku లేజర్ పద్ధతిని స్కేల్ చేయగలిగితే మరియు ప్రామాణీకరించగలిగితే, అది ఒక ముఖ్యమైన పరిమితిని తొలగించగలదు. అప్పుడు డిజైనర్లు ఫీడ్‌బ్యాక్-ప్రేరిత అస్థిరత గురించి ఎక్కువగా ఆందోళన చెందకుండా ఒకే చిప్‌పై ఎక్కువ ఫోటోనిక్ ఫంక్షన్‌లను ప్యాక్ చేయగలరు.
మిగిలిన ప్రశ్నలు మరియు తదుపరి దశలు
ఏదైనా కొత్త సాంకేతికత విస్తృత స్వీకరణకు ముందు ప్రశ్నలను ఎదుర్కొంటుంది. 95% తగ్గింపు వివిధ తరంగదైర్ఘ్యాలు, ఉష్ణోగ్రతలు మరియు తయారీ సహనాలలో కొనసాగుతుందని పరిశోధకులు నిరూపించాల్సి ఉంటుంది. లేజర్ పద్ధతి అధిక-పరిమాణ ఫ్యాబ్రికేషన్‌తో అనుకూలంగా ఉందని మరియు ముందుకు దిశలో అధిక నష్టాలను ప్రవేశపెట్టదని కూడా వారు చూపించాల్సి ఉంటుంది.
- ఈ పద్ధతిని వాణిజ్య ఫౌండ్రీలలో స్థిరంగా పునరుత్పత్తి చేయగలరా?
- ఒక పరికరం జీవితకాలంలో ఇది ఎలా పనిచేస్తుంది?
- ఇది ఇప్పటికే ఉన్న ప్రక్రియ ప్రవాహాలకు గణనీయమైన ఖర్చు లేదా సంక్లిష్టతను జోడిస్తుందా?
- జోక్యం లేకుండా ఇతర ఆన్-చిప్ ఫోటోనిక్ భాగాలతో దీన్ని కలపగలరా?
ఈ ప్రశ్నలు ఏ ఉద్భవిస్తున్న ఫోటోనిక్ సాంకేతికతకైనా సాధారణం, కానీ ప్రారంభ ఫలితం ఆశాజనకంగా ఉంది. 95% తగ్గింపు బలమైన ప్రారంభ స్థానం, మరియు ఇది లేజర్-ఆధారిత ప్రతిఫలన నియంత్రణపై తదుపరి పరిశోధనను ప్రేరేపించవచ్చు.
సంభావ్య అనువర్తనాలు
ఈ విధానం సాధ్యమని నిరూపితమైతే, అది విస్తృత శ్రేణి వ్యవస్థలకు ప్రయోజనం చేకూర్చగలదు. డేటా సెంటర్ ఇంటర్‌కనెక్ట్‌లు మరింత సమర్థవంతంగా మరియు నమ్మకంగా మారవచ్చు. హై-పెర్ఫార్మెన్స్ కంప్యూటింగ్ కోసం ఆప్టికల్ I/O సరళీకృతం కావచ్చు. స్థిరమైన లేజర్‌లపై ఆధారపడే సెన్సర్లు మరియు LiDAR వ్యవస్థలు మెరుగైన పనితీరును చూడవచ్చు. శబ్దానికి highly sensitive అయిన క్వాంటం ఫోటోనిక్ సర్క్యూట్‌లు కూడా మెరుగైన ఆన్-చిప్ ఐసోలేషన్ నుండి ప్రయోజనం పొందవచ్చు.
ఈ అభివృద్ధి విస్తృత ధోరణిని కూడా హైలైట్ చేస్తుంది: లేజర్ సాంకేతికత మరియు సిలికాన్ ఫోటోనిక్స్ కలయిక. లేజర్‌లు ఇకపై కేవలం బాహ్య కాంతి మూలాలు మాత్రమే కావు; అవి చిప్‌పైనే కాంతిని ప్రాసెస్ చేయడానికి మరియు నియంత్రించడానికి సాధనాలుగా మారుతున్నాయి. ఈ సమ్మేళనం గతంలో అసాధ్యమైన కొత్త పరికర నిర్మాణాలకు దారితీయవచ్చు.
ముందుకు చూస్తే
Kyocera మరియు Tohoku University ప్రకటన సిలికాన్ ఫోటోనిక్స్ ఇప్పటికీ వేగంగా అభివృద్ధి చెందుతోందని గుర్తు చేస్తుంది. పరిశ్రమ మాడ్యులేటర్‌లు, డిటెక్టర్‌లు మరియు వేవ్‌గైడ్‌లలో గొప్ప పురోగతి సాధించినప్పటికీ, ఐసోలేషన్ బలహీనమైన అంశంగా మిగిలిపోయింది. వెనుకకు ప్రతిఫలించే కాంతిని 95% తగ్గించే ప్రపంచంలోనే మొదటి లేజర్ పద్ధతి ఈ పజిల్‌లో ఒక ముఖ్యమైన భాగం కావచ్చు.
ఏదైనా పురోగతి లాగానే, స్వతంత్ర ధృవీకరణ మరియు తదుపరి అభివృద్ధి అవసరం. ఈ పద్ధతి దాని ప్రారంభ వాగ్దానాన్ని నెరవేర్చినట్లయితే, అది తదుపరి తరం సమగ్ర ఆప్టికల్ వ్యవస్థలను—నేటి డిజైన్‌ల కంటే వేగవంతమైన, మరింత సమర్థవంతమైన మరియు మరింత బలమైన వ్యవస్థలను—అన్‌లాక్ చేయడంలో సహాయపడవచ్చు. ప్రస్తుతానికి, ఫోటోనిక్స్ యొక్క అత్యంత నిరంతర సవాళ్లలో ఒకటైన దాన్ని పరిష్కరించడంలో ఈ ఫలితం ఒక గమనార్హమైన అడుగుగా నిలుస్తుంది.
ఈ వ్యాసం Interesting Engineering నివేదిక ఆధారంగా రూపొందించబడింది. అసలు వ్యాసాన్ని చదవండి.
Originally published on interestingengineering.com
