بزار راحت و رفاقتی برات توضیح بدم که چه تکنیکی کشف کردن که دنیای چیپ‌های فوتونیک حسابی متحول بشه! اصلاً اول یکم درباره این چیپ‌ها صحبت کنیم: فوتونیک یعنی استفاده از نور (فوتون‌ها)، مثلاً واسه انتقال داده یا پردازش داخل چیپ‌ها بجای برق. این تکنولوژی خیلی باحاله چون می‌تونه هم سریع باشه، هم مصرف برق رو کم کنه، مخصوصاً تو دیتا سنترها، کامپیوترها یا حتی گجت‌های هوشمند خونه.
حالا همیشه یه مشکل بزرگ این بوده که بخوای لیزرها (که منبع نور این داستان هستن) رو مستقیماً بیاری و بزنی روی چیپ‌های سیلیکونی. دلیلش؟ خب لیزرهای کوانتوم دات یا همون Quantum Dot (یعنی لیزرهایی که برپایه ساختارهای خیلی ریز نانویی ساخته می‌شن و کلی مزیت دارن) اصولاً با سیلیکون نمی‌سازن و دردسرهایی مثلاً ناسازگاری مواد و انتقال نور داشتن.
ولی بچه‌های دانشگاه کالیفرنیا سرپرستی خانم Rosalyn Koscica اومدن یه ترکیب سه‌تایی از ترفندها رو زدن وسط که معادلات رو به هم زده! اول اینکه یه روش لیزر جیبی (Pocket Laser) رو انتخاب کردن که مستقیم بچسبونه لیزر رو به چیپ. بعدش هم از دوتا روش رشد مواد استفاده کردن به اسم Metalorganic Chemical Vapor Deposition و Molecular Beam Epitaxy، که دوتا اسم عجیب غریبن ولی تو واقعیت یه جور راهیه برای درست کردن لایه‌های خیلی نازک از مواد مختلف رو هم روی چیپ می‌چسبونن.
اصل قضیه هم اون جاست که فاصله بین لیزر و چیپ رو با پلیمر (یه جور ماده پلاستیکی قالب‌پذیر) پر کردن، یعنی Gap-Filling. این باعث میشه که هم پرتوی نور لیزر دقیق‌تر توی چیپ حرکت کنه و هم پرتی نور کم بشه و اتلاف جواب بده. همین ترکیب سه‌تایی باعث شد برای اولین بار لیزرهای کوانتومی دقیق و منسجم (یعنی فقط توی یه حالت کار می‌کنن و پرش ندارن) رو روی خود چیپ سیلیکونی تجربه کنن بدون اینکه سیستم رو از اول تا آخر بازطراحی کنن.
واقعاً خفن‌ترین نکته اینه که این لیزرها تو بازه دمایی بالا هم خیلی خوب کار می‌کنن. مثلاً گفتن که تا ۱۰۵ درجه سانتی‌گراد هم لیزرشون خاموش نمیشه! تازه وقتی روی دمای معمولی ۳۵ درجه کار می‌کرد، تا ۶.۲ سال عمر مفید داشته! یعنی چی؟ یعنی قبلاً برای لیزرها تو چیپ مشکل بزرگ این بود که با کمی گرما کارایی‌شون حسابی می‌اومد پایین ولی الان این ترس رو ندارن. همین موضوع باعث میشه لازم نباشه کلی سیستم خنک‌کننده گرون و هزینه‌بر بیاری وسط و کلی تو هزینه و پیجیدگی صرفه‌جویی میشه.
حالا از جنبه تولید انبوه، چیزی که خیلی مهمه اینه که این روش رو می‌تونن توی همون کارخانه‌های معمولی تولید تراشه‌ها (Foundry یعنی کارخونه ساخت تراشه) اجرا کنن، بدون اینکه لازم باشه کل معماری چیپ رو بچرخونن یا تغییرات عجیب اعمال کنن. در نتیجه این تکنیک خیلی به درد تولید انبوه می‌خوره و می‌تونه باعث ارزون شدن و سریع‌تر شدن چیپ‌های فوتونیک و رواج بیشترشون بشه.
یکی دیگه از نکات جالبش اینه که عملکرد این لیزرها تو رنج فرکانسی O-band خیلی پایداره. حالا O-band چیه؟ یه جور باند فرکانسی برای ارتباطات داده‌ست که تو شبکه‌های مرکز داده (Data Center یعنی جایی که کلی سرور نگه‌داری می‌کنن) و فضای ذخیره‌سازی ابری (Cloud Storage یعنی ذخیره‌سازی اطلاعات تو فضای اینترنتی و غیرحضوری) خییلی کاربرد داره.
تازه به لطف اینکه لیزر رو تونستن مستقیم روی رینگ رزوناتور سیلیکونی سوار کنن یا از بازتابنده برَگ توی سیلیکون نیترید (Distributed Bragg Reflector یعنی یه جور آینه نانویی که نور رو خیلی دقیق هدایت می‌کنه) استفاده کنن، دیگه مشکل هماهنگ‌کردن و فیدبک اپتیکال (یعنی برگشت نور و تاثیرش روی سیستم) هم عملاً حل میشه.
البته باید این نکته رو هم بگم که هنوز تا تجاری شدن کامل این ایده شاید یه کم راه باشه. چون تو شرایط کنترل‌شده آزمایشگاه خیلی خوب جواب داده، اما معمولاً تو تولید انبوه ممکنه چالش‌هایی مثل یکنواختی رو ویفرهای بزرگ یا سازگاری با تجهیزات صنعتی پیش بیاد. ولی کلیت قضیه خیلی هیجان‌انگیزه و محقق‌ها میگن این روش هم هزینه کمتری داره، هم قابل اجرا تو طرح‌های مختلفه و خیلی راحت میشه اون رو تو صنایع مختلف، از سنسورهای پیشرفته گرفته تا چیپ‌های دیتاسنتر و حتی گجت‌های هوشمند و بقیه وسایل رواج داد.
در کل اگه دوست داری ببینی آینده تکنولوژی چجوری داره ارزون‌تر، سریع‌تر و خلاقانه‌تر پیش میره، این ترفند واسه لیزر روی سیلیکون یکی از همون پیچ‌های طلایی پنهانه که تاثیرش رو طی چند سال آینده همه جا حس می‌کنیم!
پ.ن: اگه دنبال اطلاعات تخصصی‌تر یا اخبار بیشتر تو این حوزه هستی، سری به سایت IEEE یا TechRadar بزن، همیشه کلی چیز جدید برای خوره‌های تکنولوژی داره!
منبع: +
