تراشه ها و دستگاه های الکترونیکی به شدت از نظر اندازه کوچک شده و سریعتر شده اند. ما در حال تغییر از الکترونیک به فوتونیک هستیم و از نور به جای الکترون استفاده می کنیم، زیرا تقریباً به محدودیت های الکترونیک "متعارف" رسیده ایم. در این مقیاس، انواع دشواری های جدید ظاهر می شود. به عنوان مثال، حتی کوچکترین تداخل یا اثرات کوانتومی می تواند سیگنال ها را مخدوش و بی فایده کند.
یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه تونته اکنون راه حل جدیدی به جعبه ابزار فوتونیک اضافه کرده است. آنها تکنیک جدیدی را برای به دام انداختن امواج صوتی و نور با استفاده از موجبرهای چندلایه نیترید سیلیکون توسعه داده اند.
توسعه روش های ارتباطی جدید، اپتیک کوانتومیو سنسورها به فیلتر کردن، تقویت و پردازش سیگنال های نوری بستگی دارد. پراکندگی بریلوین تحریک شده، یک روش برهمکنش اپتومکانیکی منسجم، یکی از رویکردها برای انجام موثر این امر است.
در این روش، دو لیزر دقیق تنظیم شده، موج صوتی محبوس شده در یک موجبر را با فرکانس‌هایی یک میلیون برابر بیشتر از فرکانس‌هایی که برای انسان قابل شنیدن است، تولید می‌کنند. سیگنال به دلیل تعامل بین نوری که از طریق موجبر و موج صوتی عبور می کند، به طور موثر فیلتر می شود، که ناحیه بسیار کوچک و باریکی از طیف نور را منعکس می کند.
پروفسور دیوید مارپاونگ، استاد سرپرست گروه تحقیقاتی نانوفتونیک غیرخطی، گفت: اگرچه پراکندگی بریلوین در چند سال اخیر به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است، هرگز نمی توان آن را به طور قابل اعتماد بر روی یک تراشه مناسب برای استفاده در زندگی روزمره ما پیاده سازی کرد. ثابت شده است که گیر انداختن موج صوتی در یک موجبر به اندازه کافی برای موثر بودن مشکل است. "نشت صوتی" یک مشکل بزرگ در سیستم عامل های سنتی مبتنی بر سیلیکون است که از تعاملات قوی بریلوین جلوگیری می کند. و مواد جایگزین اغلب ناپایدار، شکننده یا حتی سمی هستند.
دانشمندان از مدارهای نانوفوتونیکی نیترید سیلیکون چندلایه کم تلفات (Si3N4) برای پیکربندی نوری و امواج صوتی. این مدارها از موجبرهای مارپیچی به طول 50 سانتی متر تشکیل شده است. این سیستم با استفاده از دو هسته نیترید سیلیکون، امواج صوتی را به دام می اندازد و نشت صوتی را از بین می برد. علاوه بر تولید اثبات کار مفهوم و سایر پیاده سازی های مفید، راه اندازی آزمایشی دانشمندان نتایج امیدوارکننده ای به همراه داشت.
رول باتر، نویسنده اول مقاله: ما یک فیلتر بریدگی لغو RF را نشان دادیم و نتایج پتانسیل زیادی برای پراکندگی بریلوین تحریک‌شده در آینده روی یک تراشه نیترید سیلیکون نشان می‌دهد.
مارپاونگ می افزاید:: تحقیقات ما ادغام پراکندگی بریلوین تحریک شده در مدارهای بزرگ را ممکن می سازد. این تراشه‌های جدید می‌توانند با سایر فناوری‌های نوظهور مانند لیزرهای قابل تنظیم، شانه‌های فرکانس و مدارهای فوتونیک قابل برنامه‌ریزی ادغام شوند و به طور بالقوه به آنها بخشی در توسعه آینده حوزه‌هایی از مخابرات گرفته تا محاسبات کوانتومی بدهند.
مرجع مجله:
- روئل بوتر، کایکسوان یه و همکاران. پراکندگی بریلوئین تحریک شده با آکوستیک هدایت شده در مدارهای فوتونی نیترید سیلیکون. با پیشرفتهای علمیبه DOI: 10.1126/sciadv.abq2196
