All-in-one Chip Combines Laser And Photonic Waveguide For The First Time

প্লেটো দ্বারা প্রকাশিত

অনুসরণকারী: 0

ফটোনিক ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটের ছবি — সব মিলিয়ে: ফোটোনিক ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটের একটি ছবি। চিপটি স্তরে স্তরে তৈরি করা হয়েছিল, উপরে লেজার এবং নীচে ওয়েভগাইড ছিল। (সৌজন্যে: চাও জিয়াং)

মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের গবেষকরা প্রথমবারের মতো একটি একক চিপে আল্ট্রা-লো-শব্দ লেজার এবং ফোটোনিক ওয়েভগাইডকে একত্রিত করেছেন। এই দীর্ঘ-চাওয়া-পরবর্তী কৃতিত্বটি পারমাণবিক ঘড়ি এবং অন্যান্য কোয়ান্টাম প্রযুক্তিগুলির সাথে একটি একক সমন্বিত ডিভাইসের মধ্যে উচ্চ-নির্ভুলতা পরীক্ষাগুলি সম্পাদন করা সম্ভব করে তুলতে পারে, নির্দিষ্ট অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ঘরের আকারের অপটিক্যাল টেবিলের প্রয়োজনীয়তা দূর করে।

যখন ইলেকট্রনিক্স তার শৈশবকালে ছিল, গবেষকরা ডায়োড, ট্রানজিস্টর ইত্যাদির সাথে একা একা ডিভাইস হিসাবে কাজ করেছিলেন। প্রযুক্তির প্রকৃত সম্ভাবনা শুধুমাত্র 1959 এর পরে উপলব্ধি করা হয়েছিল, যখন ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটের উদ্ভাবনের ফলে এই সমস্ত উপাদানগুলিকে একটি চিপে প্যাক করা সম্ভব হয়েছিল। ফটোনিক্স গবেষকরা একীকরণের অনুরূপ কৃতিত্ব সম্পাদন করতে চান, কিন্তু তারা একটি বাধার সম্মুখীন হন: “একটি ফোটোনিক লিঙ্কের জন্য আমাদের একটি আলোর উত্স ব্যবহার করতে হবে, যা সাধারণত একটি লেজার, ট্রান্সমিটার হিসাবে ডাউনস্ট্রিম অপটিক্যাল লিঙ্কগুলিতে সংকেত পাঠাতে ফাইবার বা ওয়েভগাইড," ব্যাখ্যা করে চাও জিয়াং, যিনি একটি পোস্টডক হিসাবে গবেষণার নেতৃত্ব দেন জন বোয়ার্স গ্রুপ ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ে, সান্তা বারবারা। "কিন্তু আপনি যখন আলো পাঠাবেন, তখন এটি সাধারণত কিছু ব্যাক-প্রতিফলন তৈরি করবে: এটি লেজারে ফিরে যায় এবং এটিকে খুব অস্থির করে তোলে।"

এই ধরনের প্রতিফলন এড়াতে, গবেষকরা সাধারণত আইসোলেটর সন্নিবেশ করান। এগুলি আলোকে শুধুমাত্র একটি দিকে যেতে দেয়, আলোর প্রচারের প্রাকৃতিক দ্বি-মুখী পারস্পরিকতা ভঙ্গ করে। অসুবিধা হল যে শিল্প-মান বিচ্ছিন্নকারীরা একটি চৌম্বক ক্ষেত্র ব্যবহার করে এটি সম্পন্ন করে, যা চিপ তৈরির সুবিধাগুলির জন্য সমস্যা তৈরি করে। "সিএমওএস ফ্যাবগুলির পরিষ্কার ঘরে কী থাকতে পারে সে সম্পর্কে খুব কঠোর প্রয়োজনীয়তা রয়েছে," জিয়াং ব্যাখ্যা করেন, যিনি এখন হংকং বিশ্ববিদ্যালয়ে রয়েছেন৷ "চৌম্বকীয় উপকরণ সাধারণত অনুমোদিত নয়।"

সমন্বিত, কিন্তু পৃথক

যেহেতু অ্যানিলিং ওয়েভগাইডের জন্য প্রয়োজনীয় উচ্চ তাপমাত্রা অন্যান্য উপাদানের ক্ষতি করতে পারে, তাই জিয়াং, বোয়ার্স এবং সহকর্মীরা সিলিকন সাবস্ট্রেটে অতি-লো-ক্ষতি সিলিকন নাইট্রাইড ওয়েভগাইড তৈরি করে শুরু করেছিলেন। তারপরে তারা সিলিকন-ভিত্তিক উপকরণের বেশ কয়েকটি স্তর দিয়ে ওয়েভগাইডগুলিকে আবৃত করে এবং স্ট্যাকের শীর্ষে একটি কম-আওয়াজ ইন্ডিয়াম ফসফেট লেজার মাউন্ট করেছিল। যদি তারা লেজার এবং ওয়েভগাইড একসাথে মাউন্ট করত, লেজার তৈরিতে জড়িত এচিং ওয়েভগাইডগুলিকে ক্ষতিগ্রস্থ করত, তবে পরবর্তী স্তরগুলিকে উপরের অংশে বাঁধা এই সমস্যাটিকে সরিয়ে দেয়।

লেজার এবং ওয়েভগাইডগুলিকে আলাদা করার অর্থ হল যে দুটি ডিভাইসের মধ্যে যোগাযোগের একমাত্র উপায় হল একটি মধ্যবর্তী সিলিকন নাইট্রাইড "পুনঃবন্টন স্তর" এর মাধ্যমে তাদের ইভেনেসেন্ট ফিল্ডের মাধ্যমে সংযোগ করা (একটি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ফিল্ডের উপাদান যা প্রচার করে না বরং ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। উচ্চ স্বরে পড়া). তাদের মধ্যে দূরত্ব এইভাবে অবাঞ্ছিত হস্তক্ষেপ কমিয়ে দেয়। "শীর্ষ লেজার এবং নীচের আল্ট্রা-লো-লস ওয়েভগাইড অনেক দূরে," জিয়াং বলেছেন, "তাই তারা উভয়েই নিজেরাই সেরা সম্ভাব্য পারফরম্যান্স করতে পারে৷ সিলিকন নাইট্রাইড রিডিস্ট্রিবিউশন লেয়ারের কন্ট্রোল এগুলিকে ঠিক যেখানে আপনি চান সেখানে মিলিত হতে দেয়৷ এটি ছাড়া, তারা দম্পতি হবে না।"

সেরা সক্রিয় এবং প্যাসিভ ডিভাইসের সমন্বয়

গবেষকরা দেখিয়েছেন যে এই লেজার সেটআপটি স্ট্যান্ডার্ড পরীক্ষায় প্রত্যাশিত স্তরে শব্দের জন্য শক্তিশালী ছিল। তারা এই ধরনের দুটি লেজারের মধ্যে বীট ফ্রিকোয়েন্সি সামঞ্জস্য করে একটি টিউনযোগ্য মাইক্রোওয়েভ ফ্রিকোয়েন্সি জেনারেটর তৈরি করে তাদের ডিভাইসের উপযোগিতা প্রদর্শন করেছে - যা একটি সমন্বিত সার্কিটে আগে ব্যবহারিক ছিল না।

আধুনিক প্রযুক্তিতে অতি-শব্দ-শব্দ লেজারগুলির জন্য অ্যাপ্লিকেশনের বিশাল পরিসরের পরিপ্রেক্ষিতে, দলটি বলে যে সমন্বিত সিলিকন ফটোনিক্সে এই জাতীয় লেজারগুলি ব্যবহার করতে সক্ষম হওয়া একটি বড় লাফ। "অবশেষে, একই চিপে, আমাদের একসাথে সেরা সক্রিয় ডিভাইস এবং সেরা প্যাসিভ ডিভাইস থাকতে পারে," জিয়াং বলেছেন। "পরবর্তী ধাপের জন্য, আমরা খুব জটিল অপটিক্যাল কার্যকারিতা যেমন, যথার্থ মেট্রোলজি এবং সেন্সিং সক্ষম করতে সেই অতি-শব্দ-শব্দ লেজারগুলি ব্যবহার করতে যাচ্ছি।"

লিকি-ওয়েভ মেটাসারফেস ওয়েভগাইডকে মুক্ত-স্থান অপটিক্সের সাথে সংযুক্ত করে

স্কট ডিডামস, কলোরাডো ইউনিভার্সিটি অফ বোল্ডার, ইউএস-এর একজন অপটিক্যাল পদার্থবিদ, যিনি গবেষণার সাথে জড়িত ছিলেন না, তিনি মুগ্ধ হয়েছেন: “অপটিক্যাল আইসোলেটর সহ সমন্বিত লেজারের এই সমস্যাটি অন্তত এক দশক ধরে সম্প্রদায়ের জন্য ক্ষতিকর ছিল এবং কেউই এই সমস্যায় পড়েনি। চিপে সত্যিই কম-আওয়াজ লেজার তৈরির সমস্যা কীভাবে সমাধান করা যায় তা জানা যায়...তাই এটি একটি বাস্তব অগ্রগতি," তিনি বলেছেন। "জন বোয়ার্সের মতো লোকেরা 20 বছর ধরে এই ক্ষেত্রে কাজ করে আসছিল, এবং তাই তারা মৌলিক বিল্ডিং ব্লকগুলি জানত, কিন্তু কীভাবে সেগুলিকে একত্রে পুরোপুরিভাবে কাজ করা যায় তা খুঁজে বের করা কেবল টুকরো টুকরো করার মতো নয়।"

Diddams যোগ করে যে নতুন সমন্বিত ডিভাইস কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ে "খুবই প্রভাবশালী" হতে পারে। "গুরুতর কোম্পানিগুলি এমন প্ল্যাটফর্ম তৈরি করার চেষ্টা করছে যা পরমাণু এবং আয়নগুলিকে জড়িত করে - সেই পরমাণু এবং আয়নগুলি খুব নির্দিষ্ট রঙে কাজ করে এবং আমরা তাদের সাথে লেজারের আলোর সাথে কথা বলি," তিনি ব্যাখ্যা করেন। "এমন কোনো ইন্টিগ্রেটেড ফোটোনিক্স ছাড়াই স্কেলে কার্যকরী কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরি করার কোনো উপায় নেই।"

গবেষণাটি প্রকাশিত হয় প্রকৃতি.