पारंपरिक ज्ञान के विपरीत जाते हुए, वैज्ञानिकों ने रिसाव मोड से जुड़े एक नए युग्मन तंत्र की खोज की है जिसे पहले फोटोनिक सर्किट के उच्च-घनत्व एकीकरण के लिए अनुपयुक्त माना जाता था। यह अद्भुत खोज ऑप्टिकल कंप्यूटिंग, क्वांटम संचार, लाइट डिटेक्शन एंड रेंजिंग (LiDAR), ऑप्टिकल मेट्रोलॉजी और बायोकेमिकल सेंसिंग जैसे क्षेत्रों में फोटोनिक चिप्स की क्षमता और स्केलेबिलिटी को बदलते हुए, उच्च-घनत्व फोटोनिक एकीकरण का मार्ग प्रशस्त करती है।
लाइट साइंस एंड एप्लीकेशन जर्नल के हालिया अंक में, कोरिया एडवांस्ड इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (केएआईएसटी) में इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग विभाग में एसोसिएट प्रोफेसर सांगसिक किम और टेक्सास टेक यूनिवर्सिटी में उनके छात्रों ने प्रदर्शित किया कि अनिसोट्रोपिक लीकी तरंगें सबवेवलेंग्थ ग्रेटिंग (एसडब्ल्यूजी) मेटामटेरियल्स का उपयोग करके निकट दूरी वाले समान वेवगाइड के बीच शून्य क्रॉसस्टॉक प्राप्त कर सकती हैं। यह प्रति-सहज ज्ञान युक्त खोज अनुप्रस्थ चुंबकीय (टीएम) मोड की युग्मन लंबाई को काफी बढ़ा देती है, जो उनके कम कारावास के कारण एक चुनौती रही है।
यह शोध ऑप्टिकल क्रॉसस्टॉक को कम करने के लिए एसडब्ल्यूजी मेटामटेरियल्स के उपयोग पर उनके पिछले काम पर आधारित है, जिसमें वाष्पीकरण तरंगों की त्वचा की गहराई को नियंत्रित करना और अनिसोट्रोपिक निर्देशित तरंग मोड में विशेष युग्मन शामिल है। हाल ही में, SWG ने फोटोनिक्स के क्षेत्र में महत्वपूर्ण प्रगति की है, जिससे विभिन्न प्रकार के उच्च-प्रदर्शन वाले PIC घटक सक्षम हो गए हैं। हालाँकि, टीएम मोड का एकीकरण घनत्व अभी भी चुनौतियों का सामना कर रहा है, और इसका क्रॉसस्टॉक लेटरल इलेक्ट्रिकल (टीई) मोड का लगभग 100 गुना है, जो उच्च-घनत्व चिप एकीकरण में बाधा डालता है।
"हमारा शोध समूह घने फोटोनिक एकीकरण के लिए एसडब्ल्यूजी की खोज कर रहा है और महत्वपूर्ण सुधार हासिल किए हैं। हालांकि, पिछले तरीके टीई ध्रुवीकरण तक ही सीमित थे। फोटोनिक चिप्स में, एक और ऑर्थोगोनल ध्रुवीकरण टीएम है, जो चिप क्षमता को दोगुना कर सकता है और कभी-कभी टीई से अधिक लोकप्रिय होता है, जैसे ग्रेडिएंट फील्ड सेंसिंग में।" किम ने समझाया: "टीएम को टीई की तुलना में सघन रूप से एकीकृत करना अधिक कठिन है क्योंकि इसका वेवगाइड पहलू अनुपात आम तौर पर कम और कम प्रतिबंधात्मक है।"
प्रारंभ में, टीम ने सोचा कि एसडब्ल्यूजी का उपयोग करके क्रॉसस्टॉक को कम करना असंभव होगा क्योंकि उन्हें वेवगाइड के बीच युग्मन को बढ़ाने के लिए लीक मोड की उम्मीद थी। हालाँकि, उन्होंने रिसाव मोड के साथ अनिसोट्रोपिक गड़बड़ी की क्षमता पर ध्यान केंद्रित किया और माना कि क्रॉस-कैंसिलेशन हासिल किया जा सकता है।
लीकी एसडब्ल्यूजी मोड के मोडल गुणों का युग्मित-मोड विश्लेषण करके, उन्होंने समान लीकेज मोड के साथ अद्वितीय अनिसोट्रोपिक गड़बड़ी की खोज की, जिससे निकट दूरी वाले समान एसडब्ल्यूजी वेवगाइड के बीच शून्य क्रॉसस्टॉक सक्षम हो गया। फ्लोक्वेट सीमा सिमुलेशन का उपयोग करते हुए, उन्होंने उद्योग के मानक सिलिकॉन-ऑन-इंसुलेटर (एसओआई) प्लेटफॉर्म पर एक व्यवहार्य एसडब्ल्यूजी वेवगाइड डिजाइन किया। स्ट्रिप वेवगाइड्स की तुलना में, इसका क्रॉसस्टॉक दमन प्रभाव महत्वपूर्ण है और युग्मन की लंबाई परिमाण के दो आदेशों से अधिक बढ़ जाती है।
यह सफलता क्वांटम संचार और कंप्यूटिंग, ऑप्टिकल मेट्रोलॉजी और जैव रासायनिक सेंसिंग के संभावित प्रभाव के साथ, पीआईसी के भीतर शोर के स्तर को भी काफी कम कर देती है। शोधकर्ताओं ने आगे अपने काम के व्यापक निहितार्थों पर जोर दिया, यह देखते हुए कि इस उपन्यास युग्मन तंत्र को अन्य एकीकृत फोटोनिक्स प्लेटफार्मों और तरंग दैर्ध्य श्रेणियों तक बढ़ाया जा सकता है, जिसमें दूरसंचार बैंड से परे दृश्यमान, मध्य-अवरक्त और टेराहर्ट्ज़ शामिल हैं।
यह अद्भुत युग्मन तंत्र सघन फोटोनिक एकीकरण की क्षमता का विस्तार करता है, पारंपरिक ज्ञान को तोड़ता है और क्षेत्र को आगे बढ़ाता है। जैसे-जैसे अनुसंधान जारी है, फोटोनिक्स उद्योग सघन, कम शोर और अधिक कुशल एकीकृत सर्किट प्रौद्योगिकियों की ओर बढ़ने की संभावना है।