يمكن للنظام البصري الجديد الذي يتم فيه إنتاج الضوء بواسطة الليزر ونقله بواسطة السيليكون أن يؤدي إلى تطورات مبتكرة في مجالات الإلكترونيات المختلفة، من التشخيص الطبي إلى أجهزة الاستشعار المتقدمة
يمكن للنظام البصري الجديد الذي يتم فيه إنتاج الضوء بواسطة الليزر ونقله بواسطة السيليكون أن يؤدي إلى تطورات مبتكرة في مختلف مجالات الإلكترونيات، من التشخيص الطبي إلى أجهزة الاستشعار المتقدمة.
على الرغم من المزايا العديدة للمعادن في نقل المعلومات من دائرة كهربائية إلى أخرى بسبب السيليكون الموجود داخل أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الإلكترونية الأخرى، إلا أن مهندسي الكهرباء من جامعة ديوك يدعون أن الإشارات الضوئية قد تنقل كمية أكبر من المعلومات. بعد ذلك، قام المهندسون بتصميم وعرض تشغيل أشعة الليزر المجهرية المدمجة داخل طبقات رقيقة من موصلات الضوء القائمة على السيليكون والتي يمكن أن تحل في المستقبل محل النحاس المعدني في مجموعة متنوعة من المنتجات الإلكترونية.
لا تحتوي هياكل السيليكون على أشعة ليزر صغيرة باعثة للضوء فحسب، بل إنها تربط أيضًا هذه الليزر بقنوات توجه الضوء المنبعث بدقة إلى هدفه، وعادةً ما تكون شريحة أو أي مكون إلكتروني قريب آخر. يمكن أن يساعد هذا النهج المبتكر هؤلاء المهندسين المهتمين بتطوير أجهزة كمبيوتر وأجهزة كهربائية أسرع وأصغر حجمًا باستخدام الضوء كحامل معلومات للجيل القادم.
ويعتقد المهندسون أنهم نجحوا في حل بعض الألغاز التي كانت مفتوحة للعلماء الذين حاولوا إنتاج الضوء والتحكم فيه بهذا المقياس الصغير.
وقال سابارني باليت، الباحث في قسم الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات بجامعة ديوك: "إن توليد الضوء وتمريره عبر السيليكون بطريقة محكومة هو الخطوات الأولى نحو تطوير أنظمة بصرية بحجم عالم الرقائق". ونشرت نتائج البحث، الذي حصل على مساعدة من وزارة الأبحاث العسكرية، في المجلة العلمية Optics Letters.
وقال الباحث: "كان التحدي يتمثل في إنتاج الضوء على هذا النطاق الصغير على السيليكون، وضمان انتقاله بكفاءة ودون فقدان الطاقة إلى المكون التالي". "لقد وجدنا طريقة لإنتاج هيكل من غلاف رقيق مدمج مع السيليكون الذي لا يحتوي فقط على مصدر الضوء ويمكن تبريده، ولكنه قادر أيضًا على توصيل الموجة بدقة إلى المكون التالي في الخط"، يوضح الباحث. "هذا المزيج هو نهج ضروري لأي نظام قائم على الضوء على نطاق مجهري."
وتمكن الفريق البحثي من تطوير طريقة لتحضير ركيزة رقيقة من الليزر، وربطها بسطح السيليكون. يتم توصيل أجهزة الليزر بهياكل أخرى عن طريق وضع طبقة مجهرية من البوليمر تغطي أحد طرفي الليزر وتستمر في قناة تؤدي إلى المكونات المجاورة. يتم إعطاء كل طبقة من الليزر وكل قناة موصلة للضوء خصائص أو وظائف فريدة من خلال عمليات تصنيع نانوية ومتناهية الصغر ومن خلال الإزالة الانتقائية لأجزاء من الركيزة بواسطة مواد كيميائية مناسبة.
ويوضح الباحث أنه "أثناء إنتاج الليزر، تتولد حرارة، مما قد يضر بكفاءة العملية وحتى تفكك الليزر مع مرور الوقت". "لقد اكتشفنا أن إدخال شريط رفيع من المعادن بين طبقة الليزر وطبقة السيليكون يؤدي إلى تشتت الحرارة المتولدة ويتيح عمرًا أطول لأشعة الليزر."
يقول الباحث: "إن القدرة على استخدام الضوء على نطاق مجهري أمر مثير". "ومع ذلك، من الضروري أن تكون الطاقة الموردة لهذه الأنظمة صغيرة، حتى تكون قابلة للحمل، ورخيصة الإنتاج أيضًا. ويمكن استخدام هذه الأنظمة في الأجهزة الإلكترونية وفي التشخيص الطبي وفي استشعار البيئة."
