طور علماء معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (Caltech) طريقة لإنشاء مسارات بصرية ذات فقدان منخفض للغاية مباشرة على رقائق السيليكون. وتسمح التقنية الجديدة بتوجيه الضوء مع فقدان يقترب من مستويات الألياف الضوئية، خاصة في نطاق الأطوال الموجية المرئية.
استخدم الباحثون زجاج الجيرمانوسيليكات، وهو نفس المادة المستخدمة في الألياف الضوئية. ويتم تشكيل الموجهات الموجية على هيئة لولبية لكي يقطع الضوء مساراً طويلاً في مساحة مدمجة من الرقاقة لا تتعدى بضعة سنتيمترات. وهذا يشبه لف الألياف على بكرة، ولكن على مقياس نانوي.
في الطيف المرئي، تتفوق المنصة الجديدة على نيتريد السيليكون — المادة القياسية للدوائر المتكاملة الضوئية — بمقدار 20 مرة. وقد انخفضت معدلات الفقد لدرجة أن الليزرات المعتمدة على هذه الموجهات الموجية تظهر تحسناً في تماسك الضوء بأكثر من مئة ضعف.
يشير قائد المشروع كيري فاهالا إلى أن هذه الطريقة تنقل مزايا تصنيع الألياف الضوئية إلى رقائق السيليكون القياسية مقاس 8 و 12 بوصة. ويؤكد المؤلفون المشاركون في العمل، باحث ما بعد الدكتوراه هاو-جينغ تشين وطالب الدراسات العليا كيلان كولبيرن، أن نعومة السطح تتحقق من خلال «إعادة الصهر» في فرن وصولاً إلى المستوى الذري.
نُشرت النتائج في مجلة Nature. وقد تم اختبار الأجهزة بالفعل في رنانات حلقية، وأنواع مختلفة من الليزرات، ورنانات غير خطية. وتشمل التطبيقات المحتملة ساعات ذرية على رقائق، وجيروسكوبات، وأنظمة كمومية، واتصالات موفرة للطاقة في مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي.
كيف سينعكس هذا على تطوير المستشعرات المصغرة والتقنيات الكمومية في السنوات القادمة؟ هناك شيء واحد واضح حتى الآن: الفقد المنخفض يمهد الطريق لدوائر ضوئية أكثر تماسكاً واقتصادية، كانت تبدو في السابق بعيدة المنال على السيليكون.
تم تمويل العمل من قبل DARPA، والقوات الجوية الأمريكية، ومنظمات أخرى. ويؤكد العلماء أن هذه مجرد مرحلة انتقالية، وأن هناك تقدماً كبيراً في المستقبل.
