تراشه‌ای که می‌تواند نور را «برنامه‌ریزی» کند؛ آغاز عصر جدید فوتونیک هوشمند

در یک جهش پیشگامانه برای فوتونیک، دانشمندان اولین موجبر فوتونیک غیرخطی قابل برنامه‌ریزی جهان را ساختند، دستگاهی که می‌تواند بین چندین عملکرد نوری روی یک تراشه واحد جابجا شود.

کد خبر: ۱۳۱۷۸۱۷

چهارشنبه - ۲۳ مهر ۱۴۰۴ / October 15, 2025

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، در یک جهش پیشگامانه برای فوتونیک، دانشمندان اولین موجبر فوتونیک غیرخطی قابل برنامه‌ریزی جهان را ساختند، دستگاهی که می‌تواند بین چندین عملکرد نوری روی یک تراشه واحد جابجا شود.

این نوآوری، یک قانون دیرینه در اپتیک را که به عنوان الگوی «یک دستگاه، یک عملکرد» شناخته می‌شود، لغو می‌کند؛ الگویی که نحوه طراحی و مقیاس‌بندی فناوری‌های مبتنی بر نور را محدود کرده است.

این دستگاه که توسط محققانی از NTT Research، دانشگاه کرنل و دانشگاه استنفورد توسعه یافته است، فصل جدیدی را برای محاسبات نوری و کوانتومی، ارتباطات و منابع نور قابل تنظیم باز می‌کند.

ریوتاتسو یاناگیموتو، دانشمند NTT Research، که این مطالعه را تحت نظارت دانشیار دانشگاه کرنل، پیتر ال. مک‌ماهون، رهبری کرده است، گفت: «این نتایج نشان‌دهنده‌ی فاصله گرفتن از الگوی مرسوم اپتیک غیرخطی است که در آن عملکرد دستگاه در طول ساخت به طور دائم ثابت است.

«این امر کاربرد‌های فوتونیک غیرخطی را به موقعیت‌هایی گسترش می‌دهد که در آنها قابلیت پیکربندی مجدد سریع دستگاه و بازده بالا نه تنها مناسب، بلکه ضروری هستند.

تعریف مجدد انعطاف‌پذیری فوتونیک

به‌طور مرسوم، دستگاه‌های فوتونیک می‌توانند تنها یک وظیفه واحد را که در طول ساخت تعریف شده است، انجام دهند. هر عملکرد نوری جدید به یک دستگاه جداگانه نیاز دارد که هزینه و پیچیدگی را افزایش می‌دهد و در عین حال به دلیل نقص‌های تولید، بازده را کاهش می‌دهد.

موجبر غیرخطی قابل برنامه‌ریزی جدید این وضعیت را تغییر می‌دهد. این موجبر که با استفاده از هسته نیترید سیلیکون ساخته شده است، می‌تواند با تاباندن الگو‌های نور ساختاریافته بر روی تراشه، خواص نوری خود را به صورت پویا تغییر دهد.

این الگو‌ها نواحی قابل برنامه‌ریزی از غیرخطی نوری ایجاد می‌کنند که عملکرد دستگاه را از یک عملکرد به عملکرد دیگر، فوراً تعریف می‌کنند.

وقتی الگو‌های نوری مختلفی تابانده می‌شوند، دستگاه می‌تواند طیف وسیعی از وظایف نوری غیرخطی را انجام دهد، همه در یک ساختار فیزیکی یکسان.

با استفاده از این رویکرد، تیم تحقیقاتی شکل‌دهی دلخواه پالس، تولید هارمونیک دوم قابل تنظیم، تولید هولوگرافیک نور با ساختار فضایی-طیفی و طراحی معکوس بلادرنگ توابع نوری غیرخطی را نشان داد.

یاناگیموتو گفت: «این پیشرفت اساساً نحوه عملکرد دستگاه‌های فوتونیک غیرخطی را تغییر می‌دهد.

«برای اولین بار، مسیری رو به جلو برای اعمال اپتیک غیرخطی به مدار‌های نوری در مقیاس بزرگ، تبدیل فرکانس کوانتومی قابل پیکربندی مجدد، ترکیب‌کننده‌های شکل موج نوری دلخواه و منابع نور کلاسیک و کوانتومی با قابلیت تنظیم گسترده ایجاد شده است.

دسترسی گسترده، پتانسیل بالا

این تأثیر می‌تواند بسیار فراتر از آزمایشگاه باشد. گزارشی از IDTechEx تخمین می‌زند که بازار مدار‌های مجتمع فوتونیک می‌تواند تا سال ۲۰۳۵ از ۵۰ میلیارد دلار درآمد سالانه فراتر رود و شامل حوزه‌های ارتباطات داده، مخابرات، فناوری‌های کوانتومی، حسگر‌ها و LiDAR شود.

توانایی برنامه‌ریزی دستگاه‌های فوتونیک پس از ساخت می‌تواند هزینه‌های تحقیق و توسعه و تولید را به طرز چشمگیری کاهش دهد، در حالی که بازده تولید را بهبود می‌بخشد.

همچنین با کاهش تعداد اجزای مورد نیاز، سیستم‌های نوری را فشرده‌تر و از نظر مصرف انرژی کارآمدتر می‌کند.

چنین انعطاف‌پذیری می‌تواند زمینه‌هایی مانند محاسبات کوانتومی را متحول کند، جایی که منابع نور کوانتومی قابل برنامه‌ریزی و مبدل‌های فرکانس می‌توانند محاسبات و شبکه‌سازی را بهبود بخشند.

همچنین می‌تواند با فعال کردن منابع نوری قابل تنظیم برای سیستم‌های ۵G و ۶G آینده، عملکرد مخابرات را افزایش دهد.

با نگاه به آینده، محققان پتانسیل گسترده‌ای را می‌بینند. این تیم قصد دارد بررسی کند که چگونه می‌توان غیرخطی‌های قابل برنامه‌ریزی را در طیف وسیع‌تری از مواد ادغام کرد و چگونه می‌توان این فناوری را برای انجام عملکرد‌های سطح کوانتومی تکامل داد.

همچنان که آزمایشگاه PHI متعلق به NTT Research به ماموریت خود برای متحد کردن فیزیک و انفورماتیک ادامه می‌دهد، یک چیز واضح است: آینده محاسبات مبتنی بر نور بی‌نهایت انعطاف‌پذیرتر شده است.