شركة Kyocera وجامعة Tohoku تتعاونان لتطوير تقنية جديدة لشريحة بصرية تقلل من انعكاس الضوء بنسبة 95%

طورت شركة Kyocera وجامعة Tohoku تقنية جديدة لشريحة بصرية من المتوقع أن تقدم حلاً للمشاكل المتزايدة لمراكز البيانات فائقة السرعة، وذلك من خلال تقليل انعكاس الضوء بنسبة تصل إلى 95% مما يعزز الأداء. تستخدم هذه التقنية تقنية التلدين بالليزر لدمج العازل البصري مباشرة في شريحة السيليكون الضوئية، حيث يتم تسخين المنطقة المستهدفة فقط بدلاً من تعريض الشريحة بأكملها لدرجات حرارة عالية. يعمل العازل البصري على منع انتقال الضوء إلى الخلف نحو مصدر الليزر، حيث أن الضوء المنعكس يعيق الليزر ويقلل من أداء نظام الاتصالات الضوئية.

مع تزايد أحمال العمل في مجال الذكاء الاصطناعي التي تدفع مراكز البيانات إلى معالجة المزيد من المعلومات، يتم تطوير تقنية السيليكون الضوئية لتوفير اتصالات أسرع وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة.

المزايا التقنية للعازل البصري

تستخدم هذه التقنية الضوء بدلاً من الإشارات الكهربائية لنقل البيانات ومعالجتها، حيث تحل تقنية التسخين بالليزر مشكلة التكامل. يعتمد العازل البصري التقليدي على العقيق المغناطيسي البصري، وهي مادة بلورية تحتاج إلى تسخينها إلى حوالي 600 درجة مئوية أو أعلى لتطوير الخصائص المطلوبة لقمع الضوء المنعكس. ومع ذلك، فإن تسخين شريحة السيليكون الضوئية بأكملها إلى هذه الدرجة قد يؤدي إلى تلف أقطابها وأسلاكها ومكوناتها الأخرى. قامت كل من Kyocera وجامعة Tohoku بحل هذه المشكلة من خلال توجيه الليزر القريب من الأشعة تحت الحمراء فقط إلى منطقة تشكيل العازل، حيث يركز الليزر على منطقة بحجم حوالي 700 ميكرومتر × 700 ميكرومتر.

يسمح هذا التسخين الموضعي بتبلور العقيق المغناطيسي البصري دون تعريض دائرة السيليكون الضوئية المحيطة لنفس الحمل الحراري.

التطبيقات والتطورات المستقبلية

تتيح هذه الطريقة للعازل البصري التكامل بسهولة أكبر مع الدوائر البصرية المدمجة والضوئيات المدمجة معًا (Co-Packaged Optics, CPO). تقوم CPO بوضع المكونات الضوئية والإلكترونية في نفس العبوة شبه الموصلة، مما يقلل من مسار الإشارة وقد يقلل من فقدان الإشارة واستهلاك الطاقة. بالنسبة للروابط الضوئية، مع تصغير الأنظمة وزيادة تكثيفها، يصبح من الأهمية بمكان الحفاظ على انتقال الضوء في الاتجاه المحدد. لذلك، يمكن للعازل البصري المصنوع مباشرة إزالة حاجز تكامل رئيسي في الدوائر الضوئية المدمجة المستخدمة في شبكات المستقبل فائقة السرعة.

قام الباحثون بتصنيع عازل بصري على دليل موجي من السيليكون واختبار قدرته على التمييز بين الضوء الأمامي والضوء المنعكس العكسي. حقق الجهاز نسبة عزل تبلغ 13.6 ديسيبل في نطاق طول موجة الاتصالات الضوئية، وهو ما يعادل، وفقًا للباحثين، تقليلًا بنسبة 95% في الضوء المنعكس. أظهر الفحص بالمجهر الإلكتروني أن العقيق المغناطيسي البصري المعالج بالليزر قد تبلور بشكل صحيح على دليل موجي من السيليكون، مما يدعم النتائج التي تم التوصل إليها في التجربة. هذا الإنجاز مبني على الأبحاث السابقة التي أجرتها كل من Kyocera وجامعة Tohoku لتطوير عازل بصري يمكن دمجه مباشرة في الدوائر الضوئية.

تسعى هذه الشركات الآن إلى تحسين التقنية من خلال تقليل الخسائر البصرية وزيادة الكفاءة وجعل العملية أكثر ملاءمة للإنتاج الضخم. إذا تم تحقيق هذه التحسينات، فمن المتوقع أن تلعب العوازل البصرية المدمجة مباشرة دورًا في الأنظمة البصرية عالية الكثافة في المستقبل، خاصة مع زيادة اعتماد مراكز البيانات على تقنية السيليكون الضوئية والضوئيات المدمجة معًا (CPO) لمواجهة أحمال العمل المتزايدة المتعلقة بالذكاء الاصطناعي. تم نشر البحث ذي الصلة في مجلة IEEE Access.

أهمية التقنية الجديدة لمراكز البيانات

مع دفع الذكاء الاصطناعي الطلب على نقل البيانات فائقة السرعة في مراكز البيانات، يبدو التعاون بين Kyocera وجامعة Tohoku لتطوير تقنية جديدة لشريحة بصرية ذا أهمية خاصة. من خلال تقليل انعكاس الضوء وتحسين تكامل العازل البصري، لا تعمل هذه التقنية على تحسين أداء أنظمة الاتصالات الضوئية فحسب، بل تقلل أيضًا من استهلاك الطاقة، مما يجعلها مناسبة لاحتياجات الأنظمة البصرية عالية الكثافة في المستقبل. ومع تطور تقنية السيليكون الضوئية، سيكون لنجاح هذه التقنية تأثير عميق على كفاءة ومرونة تشغيل مراكز البيانات.