Kyocera dan Universitas Tohoku Kembangkan Teknologi Chip Optik Baru yang Dapat Mengurangi Cahaya Pantul hingga 95%

Kyocera Corporation dan Universitas Tohoku telah mengembangkan teknologi chip optik baru yang berpotensi mengatasi masalah yang semakin meningkat di pusat data berkecepatan tinggi dengan meningkatkan kinerja melalui pengurangan cahaya pantul sekitar 95%. Teknologi ini menggunakan teknik annealing laser untuk mengintegrasikan isolator optik langsung ke dalam chip silikon fotonik, dengan hanya memanaskan area target daripada mengekspos seluruh chip ke suhu tinggi. Isolator optik berfungsi untuk mencegah cahaya merambat kembali ke sumber laser, karena pantulan dapat mengganggu laser dan menurunkan kinerja sistem komunikasi optik.

Dengan beban kerja kecerdasan buatan yang mendorong pusat data untuk memproses lebih banyak informasi, teknologi silikon fotonik sedang dikembangkan untuk menyediakan koneksi yang lebih cepat dan lebih hemat energi.

Keunggulan Teknis Isolator Optik

Teknologi ini menggunakan cahaya daripada sinyal listrik untuk transmisi dan pemrosesan data, dengan teknik pemanasan laser yang memecahkan masalah integrasi. Isolator optik tradisional biasanya mengandalkan garnet magneto-optik, yaitu bahan kristal yang perlu dipanaskan hingga sekitar 600 derajat Celsius atau lebih tinggi untuk mengembangkan sifat yang diperlukan untuk menekan cahaya pantul. Namun, memanaskan seluruh chip silikon fotonik hingga suhu tersebut dapat merusak elektroda, kabel, dan komponen lainnya. Kyocera dan Universitas Tohoku mengatasi masalah ini dengan mengarahkan laser inframerah dekat hanya ke area pembentukan isolator, dengan laser yang difokuskan pada area sekitar 700 mikrometer x 700 mikrometer.

Pemanasan lokal ini memungkinkan garnet magneto-optik mengkristal tanpa membuat sirkuit silikon fotonik di sekitarnya mengalami beban panas yang sama.

Aplikasi dan Perkembangan Masa Depan

Metode ini membuat isolator optik lebih mudah untuk diintegrasikan dengan sirkuit optik yang kompak dan optik yang dikemas bersama (Co-Packaged Optics, CPO). CPO menempatkan komponen optik dan elektronik dalam satu paket semikonduktor yang sama, sehingga mengurangi jalur sinyal dan berpotensi mengurangi kehilangan sinyal dan konsumsi daya. Untuk tautan optik, dengan sistem yang menjadi lebih kecil dan kompak, menjaga agar cahaya merambat ke arah yang ditentukan menjadi semakin penting. Oleh karena itu, isolator yang dibuat langsung dapat menghilangkan salah satu hambatan integrasi utama untuk sirkuit fotonik yang kompak yang digunakan dalam jaringan berkecepatan tinggi di masa depan.

Para peneliti membuat isolator optik pada pandu gelombang silikon dan menguji kemampuannya untuk membedakan antara cahaya maju dan cahaya pantul balik. Perangkat ini mencapai rasio isolasi 13,6 desibel dalam rentang panjang gelombang komunikasi optik, yang menurut para peneliti sesuai dengan pengurangan cahaya pantul sekitar 95%. Pemeriksaan mikroskop elektron menunjukkan bahwa garnet magneto-optik yang diproses laser mengkristal dengan benar pada pandu gelombang silikon, mendukung hasil operasi yang ditunjukkan dalam eksperimen. Hasil ini dibangun di atas penelitian awal Kyocera dan Universitas Tohoku yang bertujuan untuk mengembangkan isolator optik yang dapat diintegrasikan langsung ke dalam sirkuit optik.

Tujuan perusahaan-perusahaan ini sekarang adalah untuk meningkatkan teknologi dengan mengurangi kehilangan optik, meningkatkan efisiensi, dan membuat proses ini lebih cocok untuk produksi massal. Jika perbaikan ini tercapai, isolator optik yang terintegrasi langsung diharapkan dapat memainkan peran dalam sistem optik kepadatan tinggi di masa depan, terutama karena pusat data semakin banyak mengadopsi teknologi silikon fotonik dan CPO untuk mengatasi beban kerja terkait kecerdasan buatan yang semakin meningkat. Penelitian terkait telah diterbitkan dalam jurnal IEEE Access.

Pentingnya Teknologi Baru bagi Pusat Data

Dengan kecerdasan buatan yang mendorong permintaan untuk transmisi data berkecepatan tinggi di pusat data, kerja sama Kyocera dan Universitas Tohoku dalam mengembangkan teknologi chip optik baru menjadi sangat penting. Dengan mengurangi cahaya pantul dan meningkatkan integrasi isolator optik, teknologi ini tidak hanya dapat meningkatkan kinerja sistem komunikasi optik, tetapi juga secara efektif mengurangi konsumsi daya, memenuhi kebutuhan sistem optik kepadatan tinggi di masa depan. Dengan perkembangan teknologi silikon fotonik, keberhasilan teknologi ini akan memiliki dampak mendalam pada efisiensi operasional dan keberlanjutan pusat data.