צעד קדימה בפיתוח של מערכות מיקרואלקטרומכאניות פוטוניות מבוססות צורן

[תרגום מאת ד"ר משה נחמני]

בשנים האחרונות, תהליך הדיגיטליזציה העולמית הואץ בקצב חסר תקדים. הזרמת תכני וידאו וכן וִעוּד וידאו (video conferencing) במשרדים ביתיים ובמתחמי לימוד מרוחקים הולידו שיאים בצריכת פס רחב בבתים פרטיים. יישומים חדשים כגון בינה מלאכותית ורכבים אוטונומיים יאיצו עוד יותר את נפח הדרישה של תקשורת נתונים בעתיד הקרוב. כיום, תשתית המרשתת מבוססת על תקשורת של סיבים אופטיים, והשאלה היא כיצד ניתן ליצור מערכות כאלו יעילות יותר כך שתוכלנה למלא אחר הביקוש העתידי של תקשורת דיגיטלית

על מנת להתמודד עם קצבי הנתונים ההולכים וגדלים, מערכות תקשורת של סיבים אופטיים עושות שימוש בערוצי תקשורת פרטניים רבים באורכי גל ייעודיים, שיטה המוכרת בשם "רִבּוּב בַּחֲלֻקַּת תֶּדֶר" (wavelength division multiplexing). הערוצים השונים משולבים יחדיו בעזרת רַבָּב (multiplexer) טרם הזרמתם דרך סיב אופטי. על מנת לאחזר את הנתונים, הספקטרום האופטי עובר ביטול ריבוב בצד הקולט. באופן רגיל, פעולה זו מתבצעת בעזרת 'מעגלים משולבים פוטוניים' (photonic integrated circuits, PICs). מעגלים אלו תוחמים ומכווינים אור לתוך מיקרו-רכיבים המפעילים את המידע במספר ערוצים של אורכי גל, כגון סריגים מרובדים של מובילי גל או מהודי טבעת משולבים. 

כעת, במסגרת מאמר שפורסם בכתב העת המדעי Optical Microsystems, החוקר Hamed Sattari ועמיתיו הדגימו את פעולתו של רכיב יעיל מבחינה אנרגטית עבור פעולה של ביטול ריבוב על ידי הזזה פיזית של מהוד טבעתי מצורן בתוך מעגל פוטוני משולב. ההזזה המכאנית של המהוד הטבעתי מאפשרת העברה של ערוץ אורכי גל לתוך מוליך גל, מה שפועל למעשה בתור מסנן מיקרו-מכאני מסוג 'add-drop' (Add–drop filter,  ADF). מנגנון ההפעלה האלקטרוסטטי מתבסס על מערכות מיקרואלקטרומכאניות (MEMS), טכנולוגיה המיושמת באופן נרחב במכשירי צריכה אלקטרוניים, כגון מיקרו-מראות במקרני וידאו.

בהשוואה למערכות מוכרות אלו (MEMS), המערכת הפוטונית החדשנית המבוססת על צורן והמודגמת במאמר היא זעירה יותר בשלושה סדרי גודל. חתך הרוחב של מוליך הגל במהוד הטבעתי קטן מ- 650 על 220 ננומטרים, והזזה של פחות מ-500 ננומטרים מספיקה על מנת להפעיל את המסנן. המיפתח הקומפקטי מאפשר הפעלה מהירה, זאת בהשוואה למוצרי MEMS מוכרים בשוק, ומנגנון ההפעלה האלקטרוסטטי מבטיח צריכת אנרגיה נמוכה במיוחד, מה שהופך את המסנן החדשני ליעיל מאוד מבחינה אנרגטית.

"התרומה שלנו מדגימה כי מערכות מיקרואלקטרומכאניות פוטוניות המבוססות על צורן התקדמו צעד חשוב קדימה מבחינת הבשלות הטכנולוגית", אמר החוקר הראשי. "מעגלים פוטוניים משולבים בקנה מידה גדול המורכבים מאלפי רכיבים, כגון מסנני add-drop, ניתנים כעת לבניה, תוך הספקת פלטפורמה חסרה המסוגלת להפוך יישומי תקשורת בסיבים אופטיים המתמקדים בנתונים ליעילים יותר מבחינה אופטית".      

הידיעה אודות המחקר

המאמר המלא