फोटोनिक एकीकृत परिपथ: Difference between revisions
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फोटोनिक एकीकृत परिपथ ( पीआईसी) या एकीकृत [[ऑप्टिकल]] परिपथ एक माइक्रोचिप है जिसमें दो या दो से अधिक फोटोनिक घटक होते हैं जो कार्यशील परिपथ बनाते हैं। यह तकनीक प्रकाश का पता लगाती है, उत्पन्न, परिवहन और संसाधित करती है। फोटोनिक एकीकृत परिपथ, एकीकृत परिपथ द्वारा उपयोग किए जाने वाले [[इलेक्ट्रॉन]] के विपरीत फोटोन (या प्रकाश के कण) का उपयोग करते हैं। दोनों के बीच प्रमुख अंतर यह है कि फोटोनिक एकीकृत परिपथ सामान्यतः प्रत्यक्ष वर्णक्रम या निकट [[अवरक्त]] (850-1650 एनएम) में ऑप्टिकल तरंग दैर्ध्य पर लगाए गए सूचना संकेतों के लिए कार्य प्रदान करता है। | '''फोटोनिक एकीकृत परिपथ''' ('''पीआईसी''') या '''एकीकृत [[ऑप्टिकल]] परिपथ''' एक माइक्रोचिप है जिसमें दो या दो से अधिक फोटोनिक घटक होते हैं जो कार्यशील परिपथ बनाते हैं। यह तकनीक प्रकाश का पता लगाती है, उत्पन्न, परिवहन और संसाधित करती है। फोटोनिक एकीकृत परिपथ, एकीकृत परिपथ द्वारा उपयोग किए जाने वाले [[इलेक्ट्रॉन]] के विपरीत फोटोन (या प्रकाश के कण) का उपयोग करते हैं। दोनों के बीच प्रमुख अंतर यह है कि फोटोनिक एकीकृत परिपथ सामान्यतः प्रत्यक्ष वर्णक्रम या निकट [[अवरक्त]] (850-1650 एनएम) में ऑप्टिकल तरंग दैर्ध्य पर लगाए गए सूचना संकेतों के लिए कार्य प्रदान करता है। | ||
फोटोनिक एकीकृत परिपथ के लिए सबसे अधिक व्यावसायिक रूप से उपयोग किया जाने वाला द्रव्य प्लेटफॉर्म [[ इंडियम फास्फाइड |इंडियम फास्फाइड]] (InP) है, जो एक ही चिप पर विभिन्न वैकल्पिक रूप से सक्रिय और निष्क्रिय कार्यों के एकीकरण की अनुमति देता है। फोटोनिक [[एकीकृत परिपथ]] के प्रारंभिक उदाहरण सरल 2-खंड [[वितरित ब्रैग परावर्तक]] (डीबीआर) लेज़र थे, जिसमें दो स्वतंत्र रूप से नियंत्रित उपकरण अनुभाग सम्मिलित थे - एक लाभ अनुभाग और एक डीबीआर दर्पण अनुभाग थे। परिणाम स्वरुप, सभी आधुनिक मोनोलिथिक ट्यून लेजर, व्यापक ट्यून लेजर, बाहरी रूप से संशोधित लेजर और ट्रांसमीटर, एकीकृत रिसीवर आदि फोटोनिक एकीकृत परिपथ के उदाहरण हैं। 2012 तक, उपकरण चिप पर सैकड़ों कार्यों को एकीकृत करते हैं।<ref>{{cite book|title=डायोड लेजर और फोटोनिक इंटीग्रेटेड सर्किट|year=2012|publisher=John Wiley and Sons|author=Larry Coldren|edition=Second|author2=Scott Corzine |author3=Milan Mashanovitch |url=https://books.google.com/books?id=GBB1kOYONT4C|isbn=9781118148181}}</ref> इस क्षेत्र में अग्रणी कार्य बेल प्रयोगशालाओं में किया गया था। आईएनपी में फोटोनिक एकीकृत परिपथों की उत्कृष्टता के सबसे उल्लेखनीय शैक्षणिक केंद्र सांता बारबरा, यूएसए में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, आइंडहोवन प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय और नीदरलैंड में [[ट्वेंटी विश्वविद्यालय]] हैं। | फोटोनिक एकीकृत परिपथ के लिए सबसे अधिक व्यावसायिक रूप से उपयोग किया जाने वाला द्रव्य प्लेटफॉर्म [[ इंडियम फास्फाइड |इंडियम फास्फाइड]] (InP) है, जो एक ही चिप पर विभिन्न वैकल्पिक रूप से सक्रिय और निष्क्रिय कार्यों के एकीकरण की अनुमति देता है। फोटोनिक [[एकीकृत परिपथ]] के प्रारंभिक उदाहरण सरल 2-खंड [[वितरित ब्रैग परावर्तक]] (डीबीआर) लेज़र थे, जिसमें दो स्वतंत्र रूप से नियंत्रित उपकरण अनुभाग सम्मिलित थे - एक लाभ अनुभाग और एक डीबीआर दर्पण अनुभाग थे। परिणाम स्वरुप, सभी आधुनिक मोनोलिथिक ट्यून लेजर, व्यापक ट्यून लेजर, '''बाहरी रूप से संशोधित लेजर''' और ट्रांसमीटर, एकीकृत रिसीवर आदि फोटोनिक एकीकृत परिपथ के उदाहरण हैं। 2012 तक, उपकरण चिप पर सैकड़ों कार्यों को एकीकृत करते हैं।<ref>{{cite book|title=डायोड लेजर और फोटोनिक इंटीग्रेटेड सर्किट|year=2012|publisher=John Wiley and Sons|author=Larry Coldren|edition=Second|author2=Scott Corzine |author3=Milan Mashanovitch |url=https://books.google.com/books?id=GBB1kOYONT4C|isbn=9781118148181}}</ref> इस क्षेत्र में अग्रणी कार्य बेल प्रयोगशालाओं में किया गया था। आईएनपी में फोटोनिक एकीकृत परिपथों की उत्कृष्टता के सबसे उल्लेखनीय शैक्षणिक केंद्र सांता बारबरा, यूएसए में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, आइंडहोवन प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय और नीदरलैंड में [[ट्वेंटी विश्वविद्यालय]] हैं। | ||
2005 का विकास<ref>{{cite journal | last = Rong | first = Haisheng | author2 = Jones, Richard | author3 = Liu, Ansheng | author4 = Cohen, Oded | author5 = Hak, Dani | author6 = Fang, Alexander | author7 = Paniccia, Mario | date = February 2005 | title = एक सतत तरंग रमन सिलिकॉन लेजर| journal = Nature | volume = 433 | issue = 7027 | pages = 725–728 | doi = 10.1038/nature03346 | pmid = 15716948 | bibcode = 2005Natur.433..725R | s2cid = 4429297 | doi-access = free }}</ref> ने दिखाया कि सिलिकॉन, चूंकि यह एक अप्रत्यक्ष ऊर्जा अंतराल सामग्री है, फिर भी रमन अरैखिकता के माध्यम से [[लेज़र]] प्रकाश उत्पन्न करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। इस तरह के लेजर विद्युत संचालित नहीं होते हैं लेकिन वैकल्पिक रूप से संचालित होते हैं और इसलिए अभी भी एक और ऑप्टिकल पंप लेजर स्रोत की आवश्यकता होती है। | 2005 का विकास<ref>{{cite journal | last = Rong | first = Haisheng | author2 = Jones, Richard | author3 = Liu, Ansheng | author4 = Cohen, Oded | author5 = Hak, Dani | author6 = Fang, Alexander | author7 = Paniccia, Mario | date = February 2005 | title = एक सतत तरंग रमन सिलिकॉन लेजर| journal = Nature | volume = 433 | issue = 7027 | pages = 725–728 | doi = 10.1038/nature03346 | pmid = 15716948 | bibcode = 2005Natur.433..725R | s2cid = 4429297 | doi-access = free }}</ref> ने दिखाया कि सिलिकॉन, चूंकि यह एक अप्रत्यक्ष ऊर्जा अंतराल सामग्री है, फिर भी रमन अरैखिकता के माध्यम से [[लेज़र]] प्रकाश उत्पन्न करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। इस तरह के लेजर विद्युत संचालित नहीं होते हैं लेकिन वैकल्पिक रूप से संचालित होते हैं और इसलिए अभी भी एक और ऑप्टिकल पंप लेजर स्रोत की आवश्यकता होती है। | ||
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* सिलिकॉन फोटोनिक्स (SiPh) पीआईसी वेवगाइड्स जैसे निष्क्रिय घटकों के लिए कम नुकसान प्रदान करते हैं और इसका उपयोग माइनसक्यूल फोटोनिक परिपथ में किया जा सकता है। वे मौजूदा इलेक्ट्रॉनिक निर्माण के साथ संगत हैं। | * सिलिकॉन फोटोनिक्स (SiPh) पीआईसी वेवगाइड्स जैसे निष्क्रिय घटकों के लिए कम नुकसान प्रदान करते हैं और इसका उपयोग माइनसक्यूल फोटोनिक परिपथ में किया जा सकता है। वे मौजूदा इलेक्ट्रॉनिक निर्माण के साथ संगत हैं। | ||
सिलिकॉन फोटोनिक्स शब्द वास्तव में सामग्री के अतिरिक्त तकनीक को संदर्भित करता है। यह पूरक धातु ऑक्साइड अर्धचालक (सीएमओएस) इलेक्ट्रॉनिक्स निर्माण के साथ उच्च घनत्व फोटोनिक एकीकृत परिपथ (पीआईसी) को जोड़ती है। सबसे तकनीकी रूप से परिपक्व और व्यावसायिक रूप से उपयोग किया जाने वाला प्लेटफॉर्म इंसुलेटर (एसओआई) पर सिलिकॉन है। | "सिलिकॉन फोटोनिक्स" शब्द वास्तव में सामग्री के अतिरिक्त तकनीक को संदर्भित करता है। यह पूरक धातु ऑक्साइड अर्धचालक (सीएमओएस) इलेक्ट्रॉनिक्स निर्माण के साथ उच्च घनत्व फोटोनिक एकीकृत परिपथ (पीआईसी) को जोड़ती है। सबसे तकनीकी रूप से परिपक्व और व्यावसायिक रूप से उपयोग किया जाने वाला प्लेटफॉर्म इंसुलेटर (एसओआई) पर सिलिकॉन है। | ||
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हाइब्रिड या [[मल्टी-चिप मॉड्यूल]] में विभिन्न चिप प्रकारों (मौजूदा इलेक्ट्रॉनिक चिप्स सहित) को संयोजित और समनुरूप करके, प्रत्येक की ताकत का लाभ उठाना संभव है। एकीकरण के लिए इस पूरक दृष्टिकोण को अपनाने से तेजी से परिष्कृत ऊर्जा-कुशल समाधानों की मांग का समाधान होता है। | हाइब्रिड या [[मल्टी-चिप मॉड्यूल]] में विभिन्न चिप प्रकारों (मौजूदा इलेक्ट्रॉनिक चिप्स सहित) को संयोजित और समनुरूप करके, प्रत्येक की ताकत का लाभ उठाना संभव है। एकीकरण के लिए इस पूरक दृष्टिकोण को अपनाने से तेजी से परिष्कृत ऊर्जा-कुशल समाधानों की मांग का समाधान होता है। | ||
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सार्वजनिक-निजी साझेदारी, जैसे कि यूरोप में फोटोनडेल्टा और संयुक्त राज्य अमेरिका में [[एआईएम फोटोनिक्स]], एकीकृत फोटोनिक्स के भीतर काम करने वाली कंपनियों को किकस्टार्ट और स्केल करने में मदद करने के लिए अंतांत आपूर्ति श्रृंखला और पारिस्थितिक तंत्र भी प्रदान करते हैं। | सार्वजनिक-निजी साझेदारी, जैसे कि यूरोप में फोटोनडेल्टा और संयुक्त राज्य अमेरिका में [[एआईएम फोटोनिक्स]], एकीकृत फोटोनिक्स के भीतर काम करने वाली कंपनियों को किकस्टार्ट और स्केल करने में मदद करने के लिए अंतांत आपूर्ति श्रृंखला और पारिस्थितिक तंत्र भी प्रदान करते हैं। | ||
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* {{cite book|title=Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits|year=2012|publisher=John Wiley and Sons|author=Larry Coldren|edition=Second|author2=Scott Corzine |author3=Milan Mashanovitch |url=https://books.google.com/books?id=GBB1kOYONT4C|isbn=9781118148181}} | * {{cite book|title=Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits|year=2012|publisher=John Wiley and Sons|author=Larry Coldren|edition=Second|author2=Scott Corzine |author3=Milan Mashanovitch |url=https://books.google.com/books?id=GBB1kOYONT4C|isbn=9781118148181}} | ||
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* {{cite journal | last1 = Brenner | first1 = K.-H. | year = 1988 | title = A programmable optical processor based on symbolic substitution | journal = Appl. Opt. | volume = 27 | issue = 9| pages = 1687–1691 | doi = 10.1364/AO.27.001687 | pmid = 20531637 |bibcode = 1988ApOpt..27.1687B | s2cid = 43648075 }} | * {{cite journal | last1 = Brenner | first1 = K.-H. | year = 1988 | title = A programmable optical processor based on symbolic substitution | journal = Appl. Opt. | volume = 27 | issue = 9| pages = 1687–1691 | doi = 10.1364/AO.27.001687 | pmid = 20531637 |bibcode = 1988ApOpt..27.1687B | s2cid = 43648075 }} | ||
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Latest revision as of 15:51, 17 April 2023
फोटोनिक एकीकृत परिपथ (पीआईसी) या एकीकृत ऑप्टिकल परिपथ एक माइक्रोचिप है जिसमें दो या दो से अधिक फोटोनिक घटक होते हैं जो कार्यशील परिपथ बनाते हैं। यह तकनीक प्रकाश का पता लगाती है, उत्पन्न, परिवहन और संसाधित करती है। फोटोनिक एकीकृत परिपथ, एकीकृत परिपथ द्वारा उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रॉन के विपरीत फोटोन (या प्रकाश के कण) का उपयोग करते हैं। दोनों के बीच प्रमुख अंतर यह है कि फोटोनिक एकीकृत परिपथ सामान्यतः प्रत्यक्ष वर्णक्रम या निकट अवरक्त (850-1650 एनएम) में ऑप्टिकल तरंग दैर्ध्य पर लगाए गए सूचना संकेतों के लिए कार्य प्रदान करता है।
फोटोनिक एकीकृत परिपथ के लिए सबसे अधिक व्यावसायिक रूप से उपयोग किया जाने वाला द्रव्य प्लेटफॉर्म इंडियम फास्फाइड (InP) है, जो एक ही चिप पर विभिन्न वैकल्पिक रूप से सक्रिय और निष्क्रिय कार्यों के एकीकरण की अनुमति देता है। फोटोनिक एकीकृत परिपथ के प्रारंभिक उदाहरण सरल 2-खंड वितरित ब्रैग परावर्तक (डीबीआर) लेज़र थे, जिसमें दो स्वतंत्र रूप से नियंत्रित उपकरण अनुभाग सम्मिलित थे - एक लाभ अनुभाग और एक डीबीआर दर्पण अनुभाग थे। परिणाम स्वरुप, सभी आधुनिक मोनोलिथिक ट्यून लेजर, व्यापक ट्यून लेजर, बाहरी रूप से संशोधित लेजर और ट्रांसमीटर, एकीकृत रिसीवर आदि फोटोनिक एकीकृत परिपथ के उदाहरण हैं। 2012 तक, उपकरण चिप पर सैकड़ों कार्यों को एकीकृत करते हैं।[1] इस क्षेत्र में अग्रणी कार्य बेल प्रयोगशालाओं में किया गया था। आईएनपी में फोटोनिक एकीकृत परिपथों की उत्कृष्टता के सबसे उल्लेखनीय शैक्षणिक केंद्र सांता बारबरा, यूएसए में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, आइंडहोवन प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय और नीदरलैंड में ट्वेंटी विश्वविद्यालय हैं।
2005 का विकास[2] ने दिखाया कि सिलिकॉन, चूंकि यह एक अप्रत्यक्ष ऊर्जा अंतराल सामग्री है, फिर भी रमन अरैखिकता के माध्यम से लेज़र प्रकाश उत्पन्न करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। इस तरह के लेजर विद्युत संचालित नहीं होते हैं लेकिन वैकल्पिक रूप से संचालित होते हैं और इसलिए अभी भी एक और ऑप्टिकल पंप लेजर स्रोत की आवश्यकता होती है।
इतिहास
फोटोनिक्स फोटॉनों का पता लगाने, उत्पादन और परिचालन के पीछे का विज्ञान है। क्वांटम यांत्रिकी और 1905 में पहली बार अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा प्रस्तावित तरंग-कण द्वैत की अवधारणा के अनुसार, प्रकाश विद्युत चुम्बकीय तरंग और कण दोनों के रूप में कार्य करता है। उदाहरण के लिए, प्रकाशीय तन्तु में कुल आंतरिक प्रतिबिंब इसे तरंगपथक के रूप में कार्य करने की अनुमति देता है।
विद्युत घटकों का उपयोग करने वाले एकीकृत परिपथ पहली बार 1940 के दशक के अंत और 1950 के दशक के प्रारंभ में विकसित किए गए थे, लेकिन उन्हें व्यावसायिक रूप से उपलब्ध होने में 1958 तक का समय लग गया था। जब 1960 के दशक में लेजर और लेजर डायोड का आविष्कार किया गया था, तो इलेक्ट्रॉनिक्स के उपयोग के माध्यम से पहले हासिल किए गए अनुप्रयोगों को बदलने के लिए प्रकाश के अनुप्रयोग का वर्णन करने के लिए 'फोटोनिक्स' शब्द अधिक सामान्य उपयोग में आया था।
1980 के दशक तक, फोटोनिक्स ने फाइबर ऑप्टिक संचार में अपनी भूमिका के माध्यम से कर्षण प्राप्त किया था। दशक की प्रारंभिक में, प्रौद्योगिकी के डेल्फ़्ट विश्वविद्यालय में नए शोध समूह में सहायक, मींट स्मिट ने एकीकृत फोटोनिक्स के क्षेत्र में अग्रणी प्रारंभ की थी। उन्हें एरेरेड वेवगाइड ग्रेटिंग (एडब्ल्यूजी) का आविष्कार करने का श्रेय दिया जाता है: इंटरनेट और फोन के लिए आधुनिक डिजिटल कनेक्शन का मुख्य घटक है। स्मित को ईआरसी उन्नत अनुदान, प्रकाश इलेक्ट्रॉनिकी के लिए श्रेणी पुरस्कार और एलईओएस तकनीकी उपलब्धि पुरस्कार सहित कई पुरस्कार प्राप्त हुए हैं।[3]
पिछले कुछ दशकों में मींट स्मिट और टन बैकक्स दोनों के अग्रणी काम के लिए धन्यवाद, डच एकीकृत फोटोनिक्स क्षेत्र प्रमुखता से बढ़ा है। आइंडहोवन प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय में इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग विभाग में सुधार करने और फोटोनिक एकीकरण संस्थान और फोटोन डेल्टा दोनों की स्थापना करने में उनकी भूमिका के लिए बैकक्स को नाइट इन द ऑर्डर ऑफ द नीदरलैंड लायन नियुक्त किया गया है।[4]
अक्टूबर 2022 में, कोपेनहेगन में डेनमार्क के तकनीकी विश्वविद्यालय में आयोजित एक प्रयोग के दौरान, फोटोनिक चिप ने 7.9 किलोमीटर से अधिक लंबे तंतु प्रकाश केबल पर 1.84 पेटाबिट्स डेटा प्रसारित किया था। सबसे पहले, आँकड़ा प्रवाह को 37 खंडों में विभाजित किया गया था, जिनमें से प्रत्येक को फाइबर-ऑप्टिक केबल के अलग कोर में भेजा गया था। इसके बाद, इन चैनलों में से प्रत्येक को 223 भागों में विभाजित किया गया था, जो पूरे वर्णक्रम में प्रकाश के समदूरस्थ स्पाइक्स के अनुरूप था।[5]
इलेक्ट्रॉनिक एकीकरण की तुलना
इलेक्ट्रॉनिक एकीकरण के विपरीत जहां सिलिकॉन प्रमुख सामग्री है, प्रणाली फोटोनिक एकीकृत परिपथ को विभिन्न प्रकार की सामग्री प्रणालियों से निर्मित किया गया है, जिसमें विद्युत् प्रकाशिकी क्रिस्टल जैसे लिथियम निओबेट, सिलिकॉन पर सिलिका, इन्सुलेटर पर सिलिकॉन, विभिन्न पॉलिमर और अर्धचालक सामग्री सम्मिलित हैं जिनका उपयोग GaAs और इंडियम फास्फाइड जैसे सेमीकंडक्टर लेजर बनाने के लिए किया जाता है। विभिन्न भौतिक प्रणालियों का उपयोग किया जाता है क्योंकि उनमें से प्रत्येक एकीकृत किए जाने वाले कार्य के आधार पर अलग-अलग लाभ और सीमाएं प्रदान करता है। उदाहरण के लिए, सिलिका (सिलिकॉन डाइऑक्साइड) आधारित पीआईसी में निष्क्रिय फोटोनिक परिपथ जैसे एडब्ल्यूजी (नीचे देखें) के लिए उनके तुलनात्मक रूप से कम नुकसान और कम तापीय संवेदनशीलता के कारण बहुत ही वांछनीय गुण हैं, GaAs या InP आधारित पीआईसी प्रकाश स्रोतों और सिलिकॉन के प्रत्यक्ष एकीकरण की अनुमति देते हैं। पीआईसी ट्रांजिस्टर आधारित इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ फोटोनिक्स के सह-एकीकरण को सक्षम करते हैं।[6]
संरचना तकनीक इलेक्ट्रॉनिक एकीकृत परिपथ में उपयोग किए जाने वाले समान हैं जिनमें भाश्मलेखन (फोटोलिथोग्राफी) का उपयोग निक्षारण और सामग्री के निक्षेप के लिए पैटर्न वेफर्स के लिए किया जाता है। इलेक्ट्रॉनिक्स के विपरीत जहां प्राथमिक उपकरण ट्रांजिस्टर होता है, वहां कोई प्रमुख उपकरण नहीं होता है। चिप पर आवश्यक उपकरणों की श्रेणी में कम हानि वाले अन्तर्संबद्ध तरंगपथक, पावर स्प्लिटर्स, प्रकाश प्रवर्धक, ऑप्टिकल न्यूनाधिक, फिल्टर, पराबैंगनीकिरण और संसूचक सम्मिलित हैं। इन उपकरणों के लिए विभिन्न सामग्रियों और निर्माण तकनीकों की आवश्यकता होती है, जिससे उन सभी को एक ही चिप पर प्राप्त करना मुश्किल हो जाता है।
अनुनादक फोटोनिक इंटरफेरोमेट्री का उपयोग करने वाली नई तकनीक यूवी एलईडी के लिए ऑप्टिकल कंप्यूटिंग आवश्यकताओं के लिए उपयोग करने के लिए रास्ता बना रही है, जिसमें पेटाहर्ट्ज़ उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स का मार्ग प्रशस्त हो रहा है।
फोटोनिक एकीकृत परिपथों के उदाहरण
फोटोनिक एकीकृत परिपथों के लिए प्राथमिक अनुप्रयोग फाइबर-ऑप्टिक संचार के क्षेत्र में है, चूंकि जैव चिकित्सा और फोटोनिक कंप्यूटिंग जैसे अन्य क्षेत्रों में अनुप्रयोग[7] भी संभव है।
एरेरेड वेवगाइड ग्रेटिंग (एडब्ल्यूजी) जो सामान्यतः तरंग दैर्ध्य वेवलेंथ डिविज़न मल्टिप्लेक्सिंग (डब्ल्यूडीएम) फाइबर-ऑप्टिक संचार प्रणालियों में ऑप्टिकल (डी) मल्टीप्लेक्सर्स के रूप में उपयोग किया जाता है, एक फोटोनिक एकीकृत परिपथ का उदाहरण है जिसने पिछली मल्टीप्लेक्सिंग योजनाओं को बदल दिया है जो कई असतत फिल्टर तत्वों का उपयोग करती हैं। चूंकि ऑप्टिकल मोड को अलग करना क्वांटम कम्प्यूटिंग की आवश्यकता है, यह तकनीक क्वांटम कंप्यूटरों को छोटा करने में सहायक हो सकती है (रैखिक ऑप्टिकल क्वांटम कंप्यूटिंग देखें)।
फाइबर-ऑप्टिक संचार प्रणालियों में आज व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले फोटोनिक एकीकृत चिप का अन्य उदाहरण बाहरी रूप से संशोधित लेजर (ईएमएल) है जो एकल आईएनपी आधारित चिप पर इलेक्ट्रो-अवशोषण न्यूनाधिक[8] के साथ एक वितरित फीड बैक लेजर डायोड को जोड़ती है।
अनुप्रयोग
जैसे-जैसे वैश्विक डेटा खपत बढ़ती है और तेज नेटवर्क की मांग बढ़ती जा रही है, दुनिया को ऊर्जा संकट और जलवायु परिवर्तन के लिए अधिक स्थायी समाधान खोजने की जरूरत है। साथ ही, स्वायत्त ड्राइविंग वाहन में राडार जैसे सेंसर प्रौद्योगिकी के लिए पहले से कहीं अधिक नवीन अनुप्रयोग बाजार में दिखाई दे रहे हैं।[9] तकनीकी चुनौतियों से तालमेल बिठाने की जरूरत है।
5G डेटा नेटवर्क और डेटा केंद्रों का विस्तार, सुरक्षित स्वायत्त ड्राइविंग वाहन, और अधिक कुशल खाद्य उत्पादन को अकेले इलेक्ट्रॉनिक माइक्रोचिप तकनीक से स्थायी रूप से पूरा नहीं किया जा सकता है। चूंकि, एकीकृत फोटोनिक्स के साथ विद्युत उपकरणों का संयोजन डेटा नेटवर्क की गति और क्षमता बढ़ाने, लागत कम करने और विभिन्न उद्योगों में तेजी से विविध जरूरतों को पूरा करने के लिए अधिक ऊर्जा कुशल तरीका प्रदान करता है।
डेटा और दूरसंचार
पीआईसी के लिए प्राथमिक अनुप्रयोग फाइबर-ऑप्टिक संचार के क्षेत्र में है। एरेरेड वेवगाइड ग्रेटिंग (एडब्ल्यूजी) जो सामान्यतः तरंग दैर्ध्य डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग (डब्ल्यूडीएम) फाइबर-ऑप्टिक संचार प्रणालियों में ऑप्टिकल (डी) मल्टीप्लेक्सर्स के रूप में उपयोग किया जाता है, एक फोटोनिक एकीकृत परिपथ का उदाहरण है।[10] फाइबर-ऑप्टिक संचार प्रणालियों में अन्य उदाहरण बाहरी रूप से संशोधित लेजर (ईएमएल) है जो वितरित फीडबैक लेजर डायोड को इलेक्ट्रो-अवशोषण न्यूनाधिक के साथ जोड़ता है। उदाहरण के लिए, इफ़ेक्ट फोटोनिक्स एसपीएफ़+ ऑप्टिकल ट्रांसीवर जैसे किफायती और उच्च-प्रदर्शन वाले ऑप्टिकल संचार समाधान विकसित करता है, जो बैंडविड्थ और तेज़ डेटा ट्रांसफर की मांग को पूरा करने में मदद करता है।
पीआईसी कुछ-मोड ऑप्टिकल प्लानर वेवगाइड्स को तैनात करके बैंडविड्थ और डेटा ट्रांसफर गति को भी बढ़ा सकते हैं। विशेष रूप से, यदि मोड को पारंपरिक सिंगल-मोड प्लानर वेवगाइड्स से कुछ-मोड वेवगाइड्स में आसानी से परिवर्तित किया जा सकता है, और वांछित मोड को चुनिंदा रूप से सक्रिय कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, द्विदिश स्थानिक मोड स्लाइसर और संयोजक[11] वांछित उच्च या निम्न-क्रम मोड प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। इसके संचालन का सिद्धांत वी-शेप और/या एम-शेप ग्रेडेड-इंडेक्स प्लानर वेवगाइड्स के सोपानी चरणों पर निर्भर करता है।
पीआईसी न केवल बैंडविड्थ और डेटा ट्रांसफर गति को बढ़ा सकते हैं, वे आँकड़ा केन्द्र में ऊर्जा की खपत को कम कर सकते हैं, जो कूलिंग सर्वर पर ऊर्जा का बड़ा हिस्सा खर्च करते हैं।[12] पूरी तरह से इलेक्ट्रॉनिक समाधानों की तुलना में, पीआईसी बहुत कम गर्मी उत्पन्न करते हैं और ऊर्जा की खपत को कम करते हुए शीतलन की आवश्यकता को कम कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, QuiX क्वांटम, क्वांटम फोटोनिक संसाधक विकसित करता है जो क्वांटम फोटोनिक कंप्यूटर को कमरे के तापमान पर संचालित करने में सक्षम बनाता है जिससे आकार और लागत में कमी आती है।[13]
स्वास्थ्य देखभाल और दवा
उन्नत बायोसेंसर का उपयोग करना और अधिक किफायती डायग्नोस्टिक बायोमेडिकल उपकरण बनाना, एकीकृत फोटोनिक्स लैब-ऑन-अ-चिप (एलओसी) तकनीक का द्वार खोलता है, प्रतीक्षा समय में कटौती करता है, और प्रयोगशालाओं से बाहर और डॉक्टरों और रोगियों के हाथों में निदान लेता है। अल्ट्रासेंसिटिव फोटोनिक बायोसेंसर के आधार पर, सर्फिक्स डायग्नोस्टिक्स का डायग्नोस्टिक्स प्लेटफॉर्म विभिन्न प्रकार के पॉइंट-ऑफ-केयर परीक्षण प्रदान करता है।[14] इसी तरह, अमेजेक फोटोनिक्स ने फोटोनिक चिप्स के साथ फाइबर ऑप्टिक सेंसिंग तकनीक विकसित की है जो शरीर के भीतर तापमान संवेदक को अन्तःक्षेप किए बिना उच्च विभेदन तापमान संवेदन (0.1 मिलीकेल्विन के अंश) को सक्षम बनाता है।[15] इस तरह, चिकित्सा विशेषज्ञ कार्डियक आउटपुट और शरीर के बाहर से रक्त की मात्रा को प्रसारित करने में सक्षम होते हैं। ऑप्टिकल सेंसर तकनीक का अन्य उदाहरण ईएफआई का 'ऑप्टिग्रिप' उपकरण है, जो न्यूनतम संक्रामक सर्जरी के लिए टिश्यू फीलिंग पर अधिक नियंत्रण प्रदान करता है।
स्वचालितयंत्र और इंजीनियरिंग अनुप्रयोग
पीआईसी को सेंसर प्रणाली में जैसे लिडार (जो लाइट डिटेक्शन एंड रेंजिंग के लिए है), वाहनों के आसपास की निगरानी के लिए लगाया जा सकता है।[16] इसे लाई-फाई के माध्यम से इन-कार अनुयोजकता में भी तैनात किया जा सकता है, जो वाईफाई के समान है लेकिन प्रकाश का उपयोग करता है। यह तकनीक चालक सुरक्षा में सुधार के लिए वाहनों और शहरी बुनियादी ढांचे के बीच संचार की सुविधा प्रदान करती है। उदाहरण के लिए, कुछ आधुनिक वाहन यातायात संकेत उठाते हैं और चालक को गति सीमा की याद दिलाते हैं।
इंजीनियरिंग के संदर्भ में, फाइबर ऑप्टिक सेंसर का उपयोग दबाव, तापमान, कंपन, त्वरण और यांत्रिक विभेद जैसी विभिन्न मात्राओं का पता लगाने के लिए किया जा सकता है।[17] फोटॉनफर्स्ट की सेंसिंग तकनीक एकीकृत फोटोनिक्स का उपयोग हवाई जहाजों के आकार में बदलाव, इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी तापमान और बुनियादी ढांचे के विभेद जैसी चीजों को मापने के लिए करती है।
कृषि और भोजन
अपव्यय को कम करने और बीमारियों का पता लगाने के लिए सेंसर कृषि और खाद्य उद्योग में नवाचारों में भूमिका निभाते हैं।[18] पीआईसी द्वारा संचालित लाइट सेंसिंग तकनीक मानव आंख की सीमा से परे चर को माप सकती है, जिससे खाद्य आपूर्ति श्रृंखला को फल और पौधों में रोग, परिपक्वता और पोषक तत्वों का पता लगाने में मदद मिलती है। यह खाद्य उत्पादकों को मिट्टी की गुणवत्ता और पौधों की वृद्धि को निर्धारित करने के साथ-साथ CO2 उत्सर्जन को मापने में भी मदद कर सकता है। मेंटीस्पेक्ट्रा द्वारा विकसित एक नया, छोटा, निकट-अवरक्त सेंसर, एक स्मार्टफोन में फिट होने के लिए काफी छोटा है, और इसका उपयोग दूध और प्लास्टिक जैसे उत्पादों के रासायनिक यौगिकों का विश्लेषण करने के लिए किया जा सकता है।[19]
निर्माण और सामग्री के प्रकार
संरचना तकनीक इलेक्ट्रॉनिक एकीकृत परिपथ में उपयोग किए जाने वाले समान हैं, जिसमें निक्षारण और सामग्री के निक्षेप के लिए वेफर्स को पैटर्न करने के लिए फोटोलिथोग्राफी का उपयोग किया जाता है।
सबसे बहुमुखी माने जाने वाले प्लेटफॉर्म हैं इंडियम फॉस्फाइड (InP) और सिलिकॉन फोटोनिक्स (SiPh):
- इंडियम फॉस्फाइड (InP) पीआईसी में सक्रिय लेजर उत्पादन, प्रवर्धन, नियंत्रण और पहचान है। यह उन्हें संचार और संवेदन अनुप्रयोगों के लिए आदर्श घटक बनाता है।
- सिलिकॉन नाइट्राइड (SiN) पीआईसी में विशाल वर्णक्रमीय श्रेणी और अल्ट्रा लो-लॉस तरंगपथक है। यह उन्हें संसूचक, स्पेक्ट्रोमीटर, बायोसेंसर और क्वांटम कंप्यूटरों के लिए अत्यधिक अनुकूल बनाता है। SiN (0.1 dB/cm से 0.1 dB/m तक नीचे) में रिपोर्ट की गई सबसे कम प्रसार हानि लियोनीएक्स इंटरनेशनल के ट्रिपलएक्स वेवगाइड्स द्वारा हासिल की गई है।
- सिलिकॉन फोटोनिक्स (SiPh) पीआईसी वेवगाइड्स जैसे निष्क्रिय घटकों के लिए कम नुकसान प्रदान करते हैं और इसका उपयोग माइनसक्यूल फोटोनिक परिपथ में किया जा सकता है। वे मौजूदा इलेक्ट्रॉनिक निर्माण के साथ संगत हैं।
"सिलिकॉन फोटोनिक्स" शब्द वास्तव में सामग्री के अतिरिक्त तकनीक को संदर्भित करता है। यह पूरक धातु ऑक्साइड अर्धचालक (सीएमओएस) इलेक्ट्रॉनिक्स निर्माण के साथ उच्च घनत्व फोटोनिक एकीकृत परिपथ (पीआईसी) को जोड़ती है। सबसे तकनीकी रूप से परिपक्व और व्यावसायिक रूप से उपयोग किया जाने वाला प्लेटफॉर्म इंसुलेटर (एसओआई) पर सिलिकॉन है।
अन्य प्लेटफार्मों में सम्मिलित हैं:
- लीथियम नाइओबेट (LiNbO3) लो-लॉस मोड के लिए आदर्श न्यूनाधिक है। यह कम सूचकांक और व्यापक पारदर्शिता खिड़की के कारण फाइबर इनपुट-आउटपुट के मिलान में अत्यधिक प्रभावी है। अधिक जटिल पीआईसी के लिए, लिथियम नाइओबेट को बड़े क्रिस्टल में बनाया जा सकता है। एलिना परियोजना के हिस्से के रूप में, LiNbO3-पीआईसी के उत्पादन को प्रोत्साहित करने के लिए यूरोपीय पहल है। लीथियम नियोबेट ऑन इंसुलेटर (एलएनओआई) विकसित करने के भी प्रयास किए जा रहे हैं।
- सिलिका का वजन कम होता है और आकार छोटा होता है। यह ऑप्टिकल संचार नेटवर्क का सामान्य घटक है, जैसे कि प्लानर लाइट वेव परिपथ (पीएलसी) है।
- गैलियम आर्सेनाइड (GaAS) में उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता होती है। इसका मतलब है कि GaAS ट्रांजिस्टर उच्च गति पर काम करते हैं, जिससे वे उच्च गति वाले लेजर और मॉड्यूलेटर के लिए आदर्श समधर्मी एकीकृत परिपथ ड्राइवर बन जाते हैं।
हाइब्रिड या मल्टी-चिप मॉड्यूल में विभिन्न चिप प्रकारों (मौजूदा इलेक्ट्रॉनिक चिप्स सहित) को संयोजित और समनुरूप करके, प्रत्येक की ताकत का लाभ उठाना संभव है। एकीकरण के लिए इस पूरक दृष्टिकोण को अपनाने से तेजी से परिष्कृत ऊर्जा-कुशल समाधानों की मांग का समाधान होता है।
विकासक (डेवलपर्स)
सार्वजनिक-निजी साझेदारी, जैसे कि यूरोप में फोटोनडेल्टा और संयुक्त राज्य अमेरिका में एआईएम फोटोनिक्स, एकीकृत फोटोनिक्स के भीतर काम करने वाली कंपनियों को किकस्टार्ट और स्केल करने में मदद करने के लिए अंतांत आपूर्ति श्रृंखला और पारिस्थितिक तंत्र भी प्रदान करते हैं।
विभिन्न प्रकार के निर्माण में विशेषज्ञता रखने वाले कई संगठन हैं:
- स्मार्ट फोटोनिक्स (नीदरलैंड्स) इंडियम फास्फाइड (InP) के लिए फाउंड्री है
- लिगेंटेक (स्विट्जरलैंड) सिलिकॉन नाइट्राइड (SiN) के लिए फाउंड्री है
- लियोनीएक्स इंटरनेशनल (नीदरलैंड) सिलिकॉन नाइट्राइड (SiN) में विशेषज्ञता वाला संगठन है
- एएमएफ (सिंगापुर) और वीटीटी (फिनलैंड) सिलिकॉन फोटोनिक्स (SiPh) के लिए फाउंड्री हैं
- ग्लोबल फाउंड्रीज (संयुक्त राज्य अमेरिका), और टॉवर सेमीकंडक्टर (इज़राइल) सिलिकॉन फोटोनिक्स (SiPh) के लिए फाउंड्री हैं
- लाइटेलीजेंस, 2017 का एक स्टार्टअप जो एमआईटी में शुरू हुआ।[20]
वर्तमान स्थिति
2010 तक, अमेरिकी रक्षा अनुबंधों में फोटोनिक एकीकरण सक्रिय विषय था।[21][22] इसे ऑप्टिकल इंटरनेटवर्किंग फोरम द्वारा 100 गीगाहर्ट्ज़ ऑप्टिकल नेटवर्किंग मानकों में सम्मिलित करने के लिए सम्मिलित किया गया था।[23]
यह भी देखें
- ऑप्टिकल कंप्यूटिंग
- ऑप्टिकल ट्रांजिस्टर
- सिलिकॉन फोटोनिक्स
टिप्पणियाँ
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