نقل المزيد من البيانات بشكل أسرع: آلات نانولاسرز القائمة على الضخ البصري بالكامل
طور الباحثون طريقة بصرية جديدة بالكامل لقيادة مصفوفات ليزر نانوي متعددة عالية الكثافة باستخدام ضوء ينتقل إلى أسفل ألياف بصرية واحدة. ينشئ المحرك البصري أنماطًا قابلة للبرمجة من الضوء عبر التداخل. الائتمان: ميونغ كي كيم، جامعة كوريا
يمكن أن تساعد تقنية الليزر النانوي الجديدة المعتمدة على الرقائق بالضخ البصري في تلبية الحاجة المتزايدة لنقل المزيد من البيانات بشكل أسرع.
طور باحثون في كوريا أسلوبًا بصريًا جديدًا لقيادة مصفوفات ليزر نانوي كثيفة متعددة. يمكن لهذه الطريقة أن تمكّن روابط الاتصالات الضوئية القائمة على الرقائق التي تعالج وتنقل البيانات بشكل أسرع بكثير من الأجهزة الإلكترونية الحالية.
قال رئيس فريق البحث ميونغ كي كيم من جامعة كوريا: “إن تطوير الوصلات البينية الضوئية المجهزة بأجهزة نانوية عالية الكثافة من شأنه تحسين معالجة المعلومات في مراكز البيانات التي تنقل المعلومات عبر الإنترنت”. “يمكن أن يسمح ذلك ببث أفلام فائقة الدقة، وتمكين اللقاءات والألعاب التفاعلية على نطاق واسع عبر الإنترنت، وتسريع التوسع في إنترنت الأشياء وتوفير الاتصال السريع اللازم لتحليلات البيانات الضخمة.”
في ورقة بحثية نُشرت اليوم (15 ديسمبر) في مجلة Optica ، مجلة Optica Publishing Group للأبحاث عالية التأثير، أوضح الباحثون أن مصفوفات الليزر النانوي المتكاملة بكثافة – التي يفصل فيها الليزر 18 ميكرونًا – يمكن تشغيلها بالكامل وبرمجتها بالضوء من ألياف بصرية واحدة.
قال كيم: “تعد الأجهزة البصرية المدمجة في شريحة بديلاً واعدًا للأجهزة الإلكترونية المتكاملة، والتي تكافح لمواكبة متطلبات معالجة البيانات اليوم”. “من خلال التخلص من الأقطاب الكهربائية الكبيرة والمعقدة التي تُستخدم عادةً لتشغيل مصفوفات الليزر، قللنا الأبعاد الكلية لصفيف الليزر مع التخلص أيضًا من تأخيرات توليد الحرارة والمعالجة التي تأتي مع المحركات القائمة على الأقطاب.
تُظهر صور المحاكاة هذه كيف يتفاعل نمط تداخل الضوء مع مصفوفات الليزر النانوي. (أ) رسم تخطيطي للتداخل المكاني بين أوضاع TE00 وTE01 على طول الألياف الدقيقة. هنا، يتم توصيل اثنين من أشعة الليزر النانوية البلورية الضوئية (PCN1 وPCN2) على سطح الألياف الدقيقة في خط. (ب) الاختلاف في معامل الانكسار الفعال (n) لأوضاع TE00 وTE01 وطول نصف الضرب المقابل (Lπ)، (ج) السجل | E | 2 ملف تعريف وضع تجويف PCN في المستوى xy وصورة SEM لـ InGaAsP PCN الملفقة الليزر. (د، هـ) | E | 2 ملامح حزمة المضخة في طائرات xz و yz ، على التوالي، حيث تنتشر الحزمة من اليسار إلى اليمين. (و) ملامح كثافة القدرة الممتصة على طول المستوى xy في المركز الرأسي للنفثالينات المتعددة الكلورة. الائتمان: ميونغ كي كيم، جامعة كوريا
استبدال الأقطاب الكهربائية بالضوء
يمكن استخدام nanolasers الجديد في أنظمة الدوائر الضوئية المتكاملة، التي تكتشف وتولد وتنقل وتعالج المعلومات على رقاقة عبر الضوء. بدلاً من الأسلاك النحاسية الدقيقة المستخدمة في الرقائق الإلكترونية، تستخدم الدوائر الضوئية أدلة موجية ضوئية، والتي تسمح بعرض نطاق أعلى بكثير مع توليد حرارة أقل. ومع ذلك، نظرًا لأن حجم الدوائر الضوئية المتكاملة يصل بسرعة إلى نظام النانومتر، فهناك حاجة لطرق جديدة للقيادة والتحكم في مصادر الضوء ذات الحجم النانوي بكفاءة.
لإصدار الضوء، يجب تزويد الليزر بالطاقة في عملية تسمى الضخ. بالنسبة لمصفوفات الليزر النانوي ، يتم تحقيق ذلك عادةً باستخدام زوج من الأقطاب الكهربائية لكل ليزر داخل المصفوفة، الأمر الذي يتطلب مساحة كبيرة على الرقاقة واستهلاكًا للطاقة مع التسبب أيضًا في تأخيرات في المعالجة. للتغلب على هذا القيد الحرج، استبدل الباحثون هذه الأقطاب الكهربائية بمحرك ضوئي فريد يخلق أنماطًا قابلة للبرمجة من الضوء عبر التداخل. ينتقل ضوء المضخة هذا عبر الألياف الضوئية التي تُطبع عليها اللوحات النانوية.
لإثبات هذا النهج، استخدم الباحثون تقنية طباعة نقل عالية الدقة لتصنيع العديد من الألواح النانوية البلورية الضوئية متباعدة بمقدار 18 ميكرون. تم تطبيق هذه المصفوفات على سطح ألياف دقيقة بصرية بقطر 2 ميكرون. كان يجب القيام بذلك بطريقة تتماشى بدقة مع مصفوفات الليزر النانوي مع نمط التداخل. يمكن أيضًا تعديل نمط التداخل عن طريق ضبط استقطاب الحزمة الدافعة وعرض النبضة.
القيادة بالليزر بألياف واحدة
أظهرت التجارب أن التصميم سمح بدفع مصفوفات ليزر نانوي متعددة باستخدام ضوء ينتقل عبر ليف واحد. تطابق النتائج بشكل جيد مع الحسابات العددية وأظهرت أن مصفوفات الليزر النانوي المطبوعة يمكن التحكم فيها بشكل كامل من خلال أنماط تداخل حزمة المضخة.
قال كيم: “يمكن أيضًا تطبيق تكنولوجيا القيادة والبرمجة بالليزر الضوئية الخاصة بنا على أنظمة السليكون الضوئية القائمة على الرقاقة، والتي يمكن أن تلعب دورًا رئيسيًا في تطوير التوصيلات البينية الضوئية من رقاقة إلى رقاقة أو على رقاقة”. ومع ذلك، سيكون من الضروري إثبات مدى استقلالية التحكم في أنماط الدليل الموجي للسيليكون. إذا كان ذلك ممكنًا، فسيكون ذلك بمثابة قفزة هائلة إلى الأمام في تقدم الوصلات البينية الضوئية على الرقاقة والدوائر المتكاملة الضوئية. “
المصدر: scitechdaily
شاهد ايضا:
