تولید کوچک‌ترین کلید نوری توسط محققان آی‌بی‌ام

محققان آی‌بی‌ام کوچک‌ترین کلید نانوفتونیکی را که تا به امروز ساخته شده است، تولید کردند. این ابزار مبتنی بر یک ساختار موجبر اُپتیکی نوسانگر مزدوج است که امکان اتصالات اُپتیکی روی تراشه را فراهم می‌آورد.

محققان آی‌بی‌ام کوچک‌ترین کلید نانوفتونیکی را که تا به امروز
ساخته شده است، تولید کردند. این ابزار مبتنی بر یک ساختار
موجبر اُپتیکی نوسانگر مزدوج است که امکان اتصالات اُپتیکی روی
تراشه را فراهم می‌آورد. این کار یک گام اصلی دیگر به سمت
ایجاد ابزارهای فوتونیکی اَبَرفشرده و محاسبات تمام‌نوری است.

فنگنیان ژیا یکی از اعضای این گزوه پژوهشی در مصاحبه با
nanotechweb.org بیان داشت: «بسیاری از کلیدهای امروزی هنوز هم
مسیر الکترون‌ها را باز و بسته می‌کنند. با در نشر گرفتن
تقاضای روزافزون حافظه‌های با چگالی بالا و پردازنده‌های سریع،
ابزارهای فتونیکی نانومقیاس آینده باید مسیر فوتون‌ها را باز و
بسته کنند».

این ابزار جدید از سیم‌های فتونیکی سیلیکونی نانومقیاس ساخته
شده‌اند (۴۵۰ در ۲۲۰ نانومتر) و مبتنی بر یک موجبر نوسانگر
کوپل شده (CROW) هستند. این موجبر یک ساختار فتونیکی تناوبی
است که از پنج نوسانگر مزدوج تشکیل شده است. چنین ساختاری یک
شکاف فتونیکی دارد که نوری با طول موج مشخص از آن عبور کرده و
نورهایی با طول موج‌های دیگر از آن منعکس می‌شوند.

ژیا توضیح می‌دهد: «این کلید از طریق به زدن ویژگی‌های نوری
یکی از نوسانگرها تغییر حالت می‌دهد. در این حالت باند عبوری
در حالت «روشن» حذف شده و نور منعکس می‌شود».

این کلید همچنین نسبت به تغییرات دما تا مثبت یا منفی ۱۵ درجه
سانتی‌گراد حساسیت ندارد، زیرا ساختار CROW یک باند عبوری بزرگ
و مسطح (در محدوده ۳۵۰ گیگاهرتز) دارد. این یعنی تغییرات دمایی
باند عبوری را تنها به میزان کمی جابه‌جا کرده و زمانی که کلید
در حالت خاموش قرار دارد، سیگنال نوری دست نخورده باقی می‌ماند.
این عدم حساسیت به تغییرات دمایی در محیط‌های واقعی روی تراشه
بسیار مهم خواهد بود.

این کلید در مدت زمان کمتر از ۲ نانوثانیه عمل کرده و نرخ خطای
آن کمتر از ۱۲- ۱۰ می‌باشد.

بنا بر گفته این گروه پژوهشی یکی از کاربردهای بالقوه این
ابزار، شبکه‌های نوری روی تراشه برای پردازنده‌های رایانه
چندهسته‌ای است. ژیا توضیح می‌دهد: «می‌توان از این کلید برای
مسیردهی سیگنال‌های نوری بسیار سریع میان هسته‌ها استفاده
کرد.استفاده از فوتون به جای الکترون برای ایجاد ارتباط میان
هسته‌های مختلف یک پردازنده رایانه‌ای، فرصت‌های زیادی ایجاد
می‌کند، اما چالش‌های زیادی را نیز شامل می‌شود».

در حال حاضر گروه پژوهشی آی‌بی‌ام در حال توسعه ابزارهای
فتونیکی سیلیکونی دیگری می‌باشند که برای شبکه‌های نوری روی
تراشه مورد نیاز هستند. آنها همچنین در حال یکپارچه‌سازی این
ابزارها با مدارات CMOS می‌باشند.

نتایج این کار پژوهشی در مجله Nature Photonics منتشر شده است.