فهرست مطالب
در گامی تحول‌آفرین برای فوتونیک، پژوهشگران اولین هدایت‌گر موج فوتونی غیرخطی قابل برنامه‌ریزی جهان را ساخته‌اند.
به گزارش تکناک، این دستگاه می‌تواند چندین عملکرد نوری را روی یک تراشه واحد انجام دهد. این نوآوری، قانون قدیمی اپتیک با عنوان «یک دستگاه، یک عملکرد» را به چالش کشیده است؛ قانونی که سال‌ها طراحی و مقیاس‌پذیری فناوری‌های مبتنی بر نور را محدود کرده بود. این هدایت‌گر موج فوتونی توسط پژوهشگرانی از NTT Research، دانشگاه کرنل و دانشگاه استنفورد توسعه یافته است و فصل جدیدی را در زمینه محاسبات نوری و کوانتومی، ارتباطات نوری و منابع نور قابل تنظیم آغاز می‌کند.
ریوتاتسو یاناگیموتو، پژوهشگر NTT Research و سرپرست این مطالعه تحت نظارت پیتر مک‌ماهون، استاد دانشگاه کرنل گفت: «این نتایج، گسست از پارادایم مرسوم اپتیک غیرخطی به حساب می‌آید، جایی که عملکرد دستگاه‌ها در زمان ساخت به‌طور دائم تعیین می‌شد.»
وی تصریح کرد: «این نوآوری، کاربردهای فوتونیک غیرخطی را به شرایطی گسترش می‌دهد که در آن توانایی بازپیکربندی سریع دستگاه و بازده بالا نه تنها مفید، بلکه ضروری است.»
01
از 02بازتعریف انعطاف‌پذیری فوتونی
به طور سنتی، دستگاه‌های فوتونی تنها می‌توانستند یک وظیفه مشخص و تعریف‌شده در زمان ساخت را انجام دهند. هر عملکرد نوری جدید نیازمند دستگاهی جداگانه بود، که باعث افزایش هزینه و پیچیدگی می‌شد و بازده را به دلیل نقص‌های تولید کاهش می‌داد. اما هدایت‌گر موج فوتونی غیرخطی قابل برنامه‌ریزی جدید، این محدودیت را برمی‌دارد. این دستگاه که با هسته‌ای از سیلیکون نیترید ساخته شده است، می‌تواند ویژگی‌های نوری خود را با تاباندن الگوهای نور ساختاریافته روی تراشه به‌طور پویا تغییر دهد. این الگوها مناطق برنامه‌پذیری از ناپایداری نوری ایجاد می‌کنند که به‌صورت آنی مشخص می‌نماید که دستگاه چگونه از یک عملکرد به عملکرد دیگر عمل می‌کند. هنگامی که الگوهای نور متفاوتی روی تراشه تابانده می‌شوند، دستگاه قادر است مجموعه‌ای از وظایف نوری غیرخطی را در همان ساختار فیزیکی انجام دهد.
تیم پژوهشی با استفاده از این رویکرد، شکل‌دهی دلخواه پالس‌ها، تولید هارمونیک دوم قابل تنظیم، تولید هولوگرافیک نور ساختاریافته فضایی-طیفی و طراحی معکوس زمان واقعی عملکردهای نوری غیرخطی را به نمایش گذاشت.
یاناگیموتو بیان کرد: «این دستاورد، به‌شکل اساسی نحوه عملکرد دستگاه‌های فوتونیک غیرخطی را تغییر می‌دهد.»
وی تصریح کرد: «برای اولین بار، مسیر جدیدی برای به‌کارگیری اپتیک غیرخطی در مدارهای نوری بزرگ‌مقیاس، تبدیل فرکانس کوانتومی قابل بازپیکربندی، سنتزگرهای شکل موج نوری دلخواه و منابع نور کلاسیک و کوانتومی با قابلیت تنظیم گسترده ایجاد شده است.»
02
از 02پتانسیل شگفت‌انگیز هدایت‌گر موج فوتونی قابل برنامه‌ریزی
تاثیر این نوآوری می‌تواند فراتر از آزمایشگاه باشد. بر اساس گزارش IDTechEx، بازار مدارهای مجتمع فوتونی تا سال 2035 می‌تواند بیش از 50 میلیارد دلار درآمد سالانه داشته باشد و شامل حوزه‌هایی مانند: داده‌پردازی، مخابرات، فناوری‌های کوانتومی، حسگرها و LiDAR شود. توانایی برنامه‌ریزی دستگاه‌های فوتونی پس از ساخت می‌تواند هزینه‌های تحقیق، توسعه و تولید را به‌طور چشمگیری کاهش دهد و در عین حال بازده تولید را افزایش دهد. همچنین این فناوری با کاهش تعداد قطعات مورد نیاز، سیستم‌های نوری را کم‌حجم‌تر و کم‌مصرف‌تر می‌کند. چنین انعطاف‌پذیری می‌تواند حوزه‌هایی مانند محاسبات کوانتومی را متحول کند، جایی که منابع نور کوانتومی برنامه‌پذیر و مبدل‌های فرکانسی می‌توانند عملکرد محاسبات و شبکه‌سازی را بهبود بخشند. علاوه بر این، می‌تواند عملکرد مخابرات را با فراهم کردن منابع نور قابل تنظیم برای 5G و آینده 6G ارتقا دهد.
پژوهشگران در نگاه به آینده، پتانسیل گسترده‌ای می‌بینند. تیم تحقیقاتی قصد دارد بررسی کند که چگونه ناپایداری‌های برنامه‌پذیر می‌توانند در مواد متنوع‌تر ادغام شوند و این فناوری چگونه می‌تواند برای انجام عملکردهای سطح کوانتومی تکامل یابد.
