சிப்பின் மீதான ஒளிக்கான போக்குவரத்து விளக்கு யாவை?

ஒருங்கிணைந்த ஃபோட்டானிக்ஸ், இன்றைய ஒளியியல் தரவு மையங்கள் மற்றும் தகவல்தொடர்புகளில் புரட்சிகரமான வணிகப் பொருட்களில் பயன்படுத்தப்படும் கச்சிதமான, கையடக்க, குறைந்த திறன் கொண்ட சிப் அளவிலான ஆப்டிகல் அமைப்புகளை உருவாக்க அனுமதிக்கிறது. ஆனால் லேசர்களை உருவாக்க அல்லது ஒளியியல் திறனை பெருக்க ஆன்-சிப் ஆப்டிகல் ஆதாய கூறுகளை ஒருங்கிணைப்பது லேசரின் செயல்திறனில் சமரசம் செய்து அல்லது குறுக்கிடும் பிற கூறுகளிலிருந்து பிரதிபலிக்கும் ஒளியின் அபாயத்தை இயக்குகிறது.

ஆன்-சிப் ஆப்டிகல் தனிமைப்படுத்தலை அதிகரிப்பதே இதற்கு சிறந்த தீர்வு ஆகும். பொதுவாக, காந்தப் பொருட்கள் மற்றும் காந்தப்புலங்களுடன் ஆப்டிகல் தனிமைப்படுத்தப்படுகிறது, ஆனால் இவை தற்போதைய குறைக்கடத்தி ஃபவுண்டரி செயல்முறைகளுடன் பொருந்தாது; இதற்கிடையில், சிப்பின் மைக்ரோமீட்டர் அளவில் வலுவான வெளிப்புற காந்தப்புலங்களை உருவாக்குவது சவாலானது. இதன் விளைவாக, மின்சாரத்தால் இயக்கப்படும், காந்தம் இல்லாத ஆப்டிகல் தனிமைப்படுத்திகள் துறையில் மிகவும் விரும்பப்படுகின்றன.

நேச்சர் ஃபோட்டானிக்ஸ் இதழில் வெளியிடப்பட்ட ஒரு கட்டுரையில், EPFL-இல் பேராசிரியர் டோபியாஸ் ஜே. கிப்பன்பெர்க் மற்றும் பர்டூ பல்கலைக்கழகத்தில் பேராசிரியர் சுனில் ஏ. பாவே ஆகியோரின் ஆய்வகங்கள் இணைந்து, காந்தம் இல்லாத, மின்சாரத்தால் இயக்கப்படும் ஆப்டிகல் ஐசோலேட்டரைக் காட்சிப்படுத்துகின்றன, இது ஒரு சிப்பில் ஒளியை இயக்க உதவுகிறது.

ஒருங்கிணைந்த ஃபோட்டானிக்ஸ் மற்றும் மைக்ரோ-எலக்ட்ரோ மெக்கானிக்கல் சிஸ்டம்ஸ் (MEMS- micro-electromechanical systems) தொழில்நுட்பத்தை இணைத்து, மிகக் குறைந்த இழப்பீடு சிலிக்கான் நைட்ரைடு (Si₃N₄) ஃபோட்டோனிக் ஒருங்கிணைந்த சர்க்யூட்களில் பைசோ எலக்ட்ரிக் அலுமினியம் நைட்ரைடு (AIN- aluminium nitride) ஏகப்பட்ட முறையில் ஒருங்கிணைக்கப்பட்ட சாதனம் தயாரிக்கப்படுகிறது.

பல பைசோ எலக்ட்ரிக் MEMS ஆக்சுவேட்டர்களை ஒத்திசைவாக ஒட்டுவதன் மூலம், மொத்த ஒலி அலைகள் எலக்ட்ரோ மெக்கானிக்கலாக உருவாக்கப்படுகின்றன. அவை அவற்றின் கீழே உள்ள Si₃N₄ அலை வழிகாட்டியில் ஒளி பரவுவதை இணைக்க மற்றும் திசையை திருப்ப பயன்படும். “ஸ்பேடியோ-டெம்போரல் மாடுலேஷன்” எனப்படும் இந்த ஒலி-ஒளி பண்பேற்றம், காந்தத்தால் இயக்கப்படும் தனிமைப்படுத்திகளின் விளைவுகளைப் பிரதிபலிக்கிறது. பைசோ எலக்ட்ரிக் மெல்லிய-ஃபிலிம் டிரான்ஸ்யூசர்களுடன் காந்தப் பொருட்களை மாற்றுவதன் மூலம், காந்தப்புலத்தின் தேவை முற்றிலும் தவிர்க்கப்படுகிறது.

காந்தமில்லாத ஆப்டிகல் ஐசோலேட்டர்கள் முன்பு காட்டப்பட்டிருந்தாலும், இதுவே மின்சாரத்தில் இயக்கப்படும் மற்றும் நேரியல் ஒளியியல் பகுதியில் இயக்கப்படும். 10 dB இன் நேரியல் ஒளியியல் தனிமைப்படுத்தல் மற்றும் ஆப்டிகல் சிக்னல் கேரியரில் ஒரு வழி, இழப்பு இல்லாத டிஜிட்டல் தரவு பரிமாற்றத்தின் சோதனை அளவீடு ஆகியவற்றை ஆய்வு தெரிவிக்கிறது.

“ஒருங்கிணைந்த ஃபோட்டானிக்ஸ் மற்றும் MEMS இன்ஜினியரிங் ஆகியவற்றை இணைத்து, நாங்கள் ஒரு கலப்பு குறைக்கடத்தி உருவாக்குதல் தொழில்நுட்பத்தைக் காட்டுகிறோம், இது முழுமையாக CMOS இணக்கமானது மற்றும் பெரிய அளவிலான ஃபவுண்டரி செயல்முறைகள் மூலம் அணுகலாம்” என்று டாக்டர் ஜன்கியு லியு கூறுகிறார்.

புதிய ஆப்டிகல் ஐசோலேட்டர்கள் சிப்-ஸ்கேல் அணு கடிகாரங்கள், ஒளி கண்டறிதல் மற்றும் வரம்பு (LiDAR-light detection and ranging), ஃபோட்டானிக் குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் மற்றும் ஆன்-சிப் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி உள்ளிட்ட புதிய பயன்பாடுகளை விதைக்கலாம். இரு குழுக்களும் பணிபுரியும் ஒரு குறிப்பிட்ட பயன்பாடானது, தொலைதூர சூப்பர் கண்டக்டிங் குவிட்களுக்கு இடையேயான குவாண்டம் ஒன்றோடொன்று இணைப்பில் உள்ள முயற்சிகளை வெல்லக்கூடிய குவாண்டம் ஒத்திசைவான மைக்ரோவேவ்-டு-ஆப்டிக் மாற்றிகளை உருவாக்குவதாகும், இதற்கு மைக்ரோவேவ் புலத்தின் ஒற்றை குவாண்டாவை ஆப்டிகல் டொமைனுக்கு மாற்ற வேண்டும்.

References:

• Xia, F., Sekaric, L., & Vlasov, Y. (2007). Ultracompact optical buffers on a silicon chip. Nature photonics, 1(1), 65-71.
• Liu, L., Kumar, R., Huybrechts, K., Spuesens, T., Roelkens, G., Geluk, E. J., & Morthier, G. (2010). An ultra-small, low-power, all-optical flip-flop memory on a silicon chip. Nature Photonics, 4(3), 182-187.
• Baba, T., Kawasaki, T., Sasaki, H., Adachi, J., & Mori, D. (2008). Large delay-bandwidth product and tuning of slow light pulse in photonic crystal coupled waveguide. Optics express, 16(12), 9245-9253.
• Baba, T. (2008). Slow light in photonic crystals. Nature photonics, 2(8), 465-473.