Ron Cowen, Milli Standartlar və Texnologiya İnstitutu tərəfindən

Lisa Lock tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Fotonik inteqral dövrənin illüstrasiyası, dövrənin ekstremal mühitlərdə yaşamasını və işləməsini təmin edən bir texnikadan istifadə edərək komponentləri birləşdirilir. Müəllif: NIST

Milli Standartlar və Texnologiya İnstitutunun (NIST) tədqiqatçıları, elektrik enerjisi əvəzinə işıqdan istifadə edərək məlumat ötürən kiçik çiplər olan fotonik inteqral sxemləri qablaşdırmaq üçün yeni bir yol hazırlayıblar ki, onlar həddindən artıq isti sənaye şəraitindən tutmuş ultra soyuq vakuum kameralarına və kosmosun dərinliklərinə qədər ekstremal mühitlərdə yaşaya və işləyə bilsinlər.

Layihəyə rəhbərlik edən NIST fiziki Nikolay Klimov bildirib ki, “Tədqiqatımız elektrik cərəyanı ilə işləyən ənənəvi yarımkeçirici çiplərin və ənənəvi metodlarla qablaşdırılmış fotonika çiplərinin işləyə bilmədiyi mühitlərə fotonika sürətini və səmərəliliyini gətirmək istiqamətində böyük bir addımdır”. Nəticələr bu yaxınlarda Photonics Research jurnalında dərc edilib .

Fotonika üçün qablaşdırma niyə vacibdir

Çip istehsalı dünyasında “qablaşdırma” çipi əhatə edən və onu optik liflər, elektrik kontaktları və digər komponentlər daxil olmaqla xarici dünya ilə əlaqələndirən qoruyucu korpus və əlaqə sistemini ifadə edir. Yaxşı qablaşdırma çiplərin zədələnmədən və ya səhv düzülmədən kompakt, etibarlı cihazlarda istifadəsinə imkan verir.

Fotonik inteqrasiya olunmuş çiplərin xüsusi üstünlüyü var, çünki onlar məlumatları yüksək sürətlə ötürür və ənənəvi çiplərə nisbətən daha az enerji sərf edirlər – lakin bu, yalnız qablaşdırmanın incə optik əlaqələri mükəmməl şəkildə uyğunlaşdıra biləcəyi təqdirdə mümkündür.

Fotonik inteqrasiya olunmuş çiplər artıq telekommunikasiya, tibbi diaqnostika və qabaqcıl sensor sistemlərində mərkəzi rol oynayır. Lakin onların çətin mühitlərdə istifadəsi məhdud olaraq qalır. Ənənəvi qablaşdırma, intensiv radiasiya, ultra yüksək vakuum, qabarcıqlı istilik və ya soyuq temperatur kimi ekstremal şəraitdə fotonik çiplər və optik liflər arasında etibarlı əlaqələri saxlaya bilmir.

Bir çox kvant texnologiyaları, o cümlədən bir neçə aparıcı kvant hesablama platforması ya ultra yüksək vakuum mühiti, ya mütləq sıfırdan bir neçə dərəcə yuxarı temperatur, ya da hər ikisini tələb edir. Kosmik missiyalar , nüvə reaktor nüvələri və hissəcik sürətləndiriciləri cihazları intensiv radiasiyaya məruz qoyur. Sənaye və enerji tətbiqləri istiliyə, təzyiqə və korroziyaya davamlı sensorlar tələb edir.

Zəif əlaqə: Lif-çip bağlantısı

Fotonik inteqrasiya olunmuş çiplərin bu ekstremal mühitlərdə işləməsini mümkün etmək üçün tədqiqatçılar təəccüblü dərəcədə inadkar bir çətinliyin öhdəsindən gəldilər: optik lifi fotonik çipə etibarlı şəkildə birləşdirmək. Bugünkü standart yapışdırıcılar – üzvi polimer yapışdırıcıları – həddindən artıq soyuq, güclü radiasiya, vakuum və ya istiliyə məruz qaldıqda çatlamağa, qaz çıxmağa və ya parçalanmağa meyllidirlər. Bu əlaqə pozulduqdan sonra çip artıq işləyə bilmir.

Bu problemi həll etmək üçün NIST alimləri əvvəlcə NASA tərəfindən həm kosmik, həm də yerüstü astronomik sistemlər üçün böyük, ultrastabil optik sistemlər yığmaq üçün istifadə edilən bir texnikanı uyğunlaşdırdılar. Hidroksid kataliz rabitəsi (HCB) adlanan bu üsul, optik lif və fotonik çip arasında qeyri-üzvi, şüşəyə bənzər kimyəvi rabitə yaradır. Yapışqandan istifadə etmək əvəzinə, proses səthləri molekulyar səviyyədə əritmək üçün az miqdarda natrium hidroksid məhlulundan istifadə edərək sərt, sabit bir əlaqə yaradır.

Hidroksid kataliz rabitəsinin sınaqdan keçirilməsi

NIST komandası ilk dəfə olaraq HCB texnikasının fotonik dövrələrin tələb etdiyi dəqiq optik lif uyğunlaşdırılmasına və səmərəli işıq birləşməsinə nail ola biləcəyini, eyni zamanda sərt mühitlərə davam gətirə bilən möhkəm bir paket yarada biləcəyini nümayiş etdirdi. Bu davamlılığı sınamaq üçün tədqiqatçılar qablaşdırılmış fotonik çipi bir sıra ekstremal şəraitə məruz qoydular.

Komanda qurğunu kriogen temperatura qədər soyudandan, materialı temperaturun sürətli dəyişikliklərinə məruz qoyduqdan, intensiv ionlaşdırıcı şüalanma ilə bombardman etdikdən və yüksək vakuum altında yerləşdirdikdən sonra belə, HCB ilə əlaqəli lif bağlantısı toxunulmaz qaldı. Bu, komandaya çipin özünün normal işləməyə davam etdiyini yoxlamağa imkan verdi.

Mövcud kommersiya optik liflərinin məhdudiyyətləri səbəbindən yüksək temperatur sınaqları birbaşa qablaşdırılmış fotonik çip üzərində aparıla bilməsə də, komanda tərəfindən aparılan əlavə tədqiqatlar göstərdi ki, HCB əsaslı fotonik qablaşdırma ənənəvi yapışdırıcıların tab gətirə biləcəyindən daha yüksək temperaturlarda mexaniki olaraq sabit qalır. Birlikdə, bu nəticələr olduqca geniş ətraf mühit diapazonunda müstəsna davamlılığa malik qablaşdırma üsuluna işarə edir.

Klimov bildirib ki, “Bu yanaşma optik lifin özü qədər davamlı bir əlaqə yaradır. Bu, fotonik inteqral sxemlərin əvvəllər sadəcə gedə bilmədikləri yerlərə getməsinə imkan verir.”

Hazırkı bağlama prosesinin tamamlanması bir neçə gün çəksə də, tədqiqatçılar bunun fundamental maneə deyil, mühəndislik məsələsi olduğunu vurğulayırlar. Məqsədyönlü inkişafla mühəndislər vaxtı əhəmiyyətli dərəcədə qısalda və texnikanı genişmiqyaslı istehsal üçün uyğun hala gətirə bilərlər.