تقویت‌کننده‌های نوری جدید در خدمت ارتقای صنعت فوتونیک
شکل 1- ویفری شامل اجزای غیرفعال نیترید سیلیکان و تقویت‌کننده نوری جدید دی‌اکسید آلومینیوم آلاییده با اربیوم
تقویت کننده نوری جدیدی در دانشگاه تونته در کشور هلند، مراحل توسعه خود را سپری کرده است که نه تنها سیگنال‌های نوری را در یک تراشه فوتونیکی تقویت می‌کند، بلکه قابلیت‌های عملکرد تراشه را هم افزایش می‌دهد. به این ترتیب به‌خاطر دستیابی به سیگنال‌های نوری قوی‌تر، تراشه‌های آشکارساز ویروس‌ها و نشانگرهای تومور می‌توانند حساس‌تر ساخته شوند و ماشین‌های خودکار اطراف خود را بهتر رصد می‌کنند. یکی از مزایای این تقویت‌کننده‌های نوین اندازه‌ی کوچک آن است. آماده‌سازی این ایده برای ورود به بازار باعث شد پروفسور سونیا گارسیا بلانکو تایید دریافت کمک هزینه کانسپت را از شورای تحقیقات اروپا دریافت نماید.
مدارهای مجتمع فوتونیکی به تعداد فزاینده‌ای از کاربردها وارد شده‌اند. این اجزا سیگنال‌های نوری را پردازش می‌کنند. مدارهای یکپارچه فوتونیکی را در آشکارسازی پزشکی، مراکز داده و پردازش سیگنال نسل پنجم مخابرات (5G) می‌توان یافت. خودروهای خودران آینده به شدت به سیستم‌های لیدار وابسته هستند. با وجود سیگنال‌های خروجی قوی‌تر، یک خودرو بهتر قادر خواهد بود که محیط اطراف خود را ارزیابی کند. همچنین در الکترونیک، تقویت‌کننده‌های نوری سیگنال‌های نوری را ارتقا می‌بخشند. با این وجود، در مورد فوتونیک، بیشتر تقویت‌کننده‌ها در یک تراشه یکپارچه نشده‌اند و بنابراین نیاز به اتصال جداگانه دارند که می‌تواند سیستم را اتلافی و آسیب‌پذیر سازد. حالا یک تیم تحقیقاتی نوعی تقویت‌کننده را برای غلبه بر این مشکل، توسعه داده است. این تقویت‌کننده از ترکیب اکسید آلومینیوم و اربیوم با تلفیق یک روش نوآورانه استفاده می‌کند.
لایه دوگانه
اربیوم غالباً در تقویت‌کننده فیبر نوری استفاده می‌شود ولی به این روش، بیشتر اجزای حجیم و بزرگ حاصل می‌شود. به لطف ترکیب درست مواد، غلظت اربیوم و معماری موجبر، این تقویت‌کننده در عین حالی‌که بهره اپتیکی بالایی فراهم می‌کند، می‌تواند بسیار کوچک ساخته شود. حالا پرسش اصلی این است که چگونه می‌توان تقویت‌کننده را با بقیه مدار فوتونیکی اتصال داد. این کار با استفاده از فناوری تزویج‌گر لایه فوتونیکی دوگانه که در گروه گارسیا- بلانکو توسعه‌یافته قابل دسترس است. طراحی مخروطی ویژه این سیستم اجازه می‌دهد نور بین مدار فوتونیک نیترید سیلیکان غیرفعال و یک بخش تقویت کننده با اتلاف قابل چشم‌پوشی به صورت رفت و برگشتی انتقال یابد. با این روش، بخش تقویت‌کننده تبدیل به یک بلوک سازه‌ای می‌شود که می‌تواند توسط یک طراح تراشه در هر تراشه فوتونیکی که نیاز به تقویت دارد به‌کار رود. این امکان شبیه روشی است که بلوک‌های سازه‌ای الکترونیکی را می‌توان در هر قسمت تراشه الکترونیکی وارد کرد.
به ادعای سازنده این طرح این بلوک سازه‌ای بهره نوری، مشکلات جاری عملکرد را از نظر مقیاسی و انعطاف‌پذیری برطرف می‌کند.
شکل 2- تقویت‌کننده نوری از اکسید آلومینیوم و اربیوم
Source: https://phys.org/news/2020-09-amplifier-boost-potential-photonics.html