कैलिफ़ोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (कैलटेक) के शोधकर्ताओं ने हाल ही में एक बड़ी तकनीकी सफलता की घोषणा की। उन्होंने सफलतापूर्वक एक नई तकनीक विकसित की है जो सिलिकॉन वेफर्स पर ऑप्टिकल सिग्नल ट्रांसमिशन के बेहद कम नुकसान को प्राप्त कर सकती है, और इसका प्रदर्शन दृश्य प्रकाश बैंड में पारंपरिक ऑप्टिकल फाइबर के स्तर तक भी पहुंच सकता है।
यह उपलब्धि फोटोनिक इंटीग्रेटेड सर्किट (पीआईसी) के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण कदम है, जो उत्कृष्ट सुसंगतता और बेहद कम ऊर्जा हानि के साथ ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की एक नई पीढ़ी के विकास का मार्ग प्रशस्त करती है। शोध में चिप पर सीधे ऑप्टिकल पथ बनाने के लिए ऑप्टिकल फाइबर सामग्री का उपयोग करने की एक विधि का विवरण दिया गया है, और संबंधित पेपर नेचर जर्नल में प्रकाशित किया गया है।
लंबे समय से, ऑप्टिकल फाइबर अपनी अत्यधिक उच्च शुद्धता वाली ग्लास सामग्री और परमाणु रूप से चिकनी सतह के साथ वैश्विक संचार नेटवर्क की आधारशिला बन गया है, जो बेहद कम नुकसान के साथ भारी मात्रा में डेटा संचारित करने में सक्षम है। कैलिफ़ोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में एप्लाइड फिजिक्स और सूचना विज्ञान और प्रौद्योगिकी के प्रोफेसर केरी वाहला के नेतृत्व में एक टीम, कंप्यूटर चिप उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले सिलिकॉन वेफर्स पर इस ऑप्टिकल फाइबर की विनिर्माण प्रक्रिया को "प्रत्यारोपित" करने के लिए प्रतिबद्ध है। शोध दल ने ऑप्टिकल फाइबर के समान जर्मन-सिलिकेट ग्लास सामग्री का उपयोग किया और चिप पर "वेवगाइड" नामक प्रकाश संचरण चैनल बनाने के लिए फोटोलिथोग्राफी तकनीक का उपयोग किया। सूक्ष्म पैमाने पर सतह के खुरदरेपन की समस्या को हल करने के लिए, शोधकर्ताओं ने नवीन रूप से एक प्रक्रिया शुरू की: चिप को "रिफ्लो" प्रसंस्करण के लिए उच्च तापमान वाली भट्टी में डालना, ताकि वेवगाइड सतह पिघल जाए और परमाणु स्तर तक चिकनी हो जाए। यह प्रसंस्करण प्रकाश प्रकीर्णन हानि को काफी हद तक दबा देता है और मुख्य बाधा को हल करता है जिसने दृश्य प्रकाश बैंड में फोटोनिक एकीकृत सर्किट के विकास को लंबे समय तक प्रतिबंधित कर दिया है।
परीक्षण के नतीजे बताते हैं कि निकट-अवरक्त बैंड में इस नई चिप का प्रदर्शन वर्तमान अग्रणी सिलिकॉन नाइट्राइड तकनीक के बराबर है, जबकि दृश्यमान प्रकाश बैंड में, इसके प्रदर्शन ने गुणात्मक छलांग हासिल की है, जिससे नुकसान सिलिकॉन नाइट्राइड रिकॉर्ड के एक-बीसवें हिस्से तक कम हो गया है। इस अल्ट्रा-लो लॉस प्रॉपर्टी का डिवाइस के प्रदर्शन पर गहरा प्रभाव पड़ता है, उदाहरण के लिए, इस तकनीक का उपयोग करके बनाए गए लेज़रों में ऑप्टिकल सुसंगतता समय होता है जो मौजूदा संस्करणों की तुलना में 100 गुना अधिक लंबा होता है। शोध पत्र के पहले लेखक और कैलटेक में पोस्टडॉक्टरल विद्वान हाओ-जिंग चेन ने बताया कि इस प्लेटफॉर्म के तरंग दैर्ध्य कवरेज का विस्तार कई महत्वपूर्ण परमाणु संचालन का समर्थन करेगा, जिससे चिप-स्केल परमाणु सेंसर, ऑप्टिकल घड़ियों और आयन ट्रैप सिस्टम को लागू करना संभव हो जाएगा।
हालाँकि इन चिप्स का आकार केवल 2 सेंटीमीटर है, उनका आंतरिक ऑप्टिकल पथ डिज़ाइन एक सर्पिल संरचना को अपनाता है, जो एक छोटी सी जगह में प्रकाश के प्रसार की दूरी को काफी बढ़ाता है। स्नातक छात्र केलन कोलबर्न ने बताया कि रिंग रेज़ोनेटर जैसे प्रमुख ऑप्टिकल घटकों के लिए, उनमें जितनी लंबी दूरी की रोशनी प्रसारित होती है, नुकसान उतना ही कम होता है और डिवाइस का प्रदर्शन उतना ही बेहतर होता है। हानि में प्रत्येक 10 गुना कमी से सुसंगतता में 100 गुना सुधार होता है। यह तकनीक न केवल "स्विस आर्मी नाइफ" जितनी बहुमुखी है और उच्च-परिशुद्धता समय, रोटेशन माप (जाइरोस्कोप) से लेकर क्वांटम कंप्यूटिंग और सेंसिंग तक के क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग की जा सकती है, यह डेटा सेंटर सर्वर बुनियादी ढांचे की समग्र ऊर्जा खपत को कम करने में भी बहुत महत्वपूर्ण है। हालांकि शोध टीम ने कहा कि वर्तमान परिणाम अभी तक अंतिम लक्ष्य तक नहीं पहुंचे हैं, लेकिन पिछले पांच वर्षों में महत्वपूर्ण प्रगति ने भविष्य के फोटोनिक प्रौद्योगिकी अनुप्रयोगों के लिए एक स्पष्ट खाका तैयार किया है।