انقلابیآشکارساز نوری سیلیکونی(آشکارساز نوری Si)
آشکارساز نوری تمام سیلیکونی انقلابی（آشکارساز نوری Si）، عملکردی فراتر از روش‌های سنتی
با افزایش پیچیدگی مدل‌های هوش مصنوعی و شبکه‌های عصبی عمیق، خوشه‌های محاسباتی، تقاضای بیشتری را برای ارتباط شبکه‌ای بین پردازنده‌ها، حافظه و گره‌های محاسباتی ایجاد می‌کنند. با این حال، شبکه‌های سنتی روی تراشه و بین تراشه‌ای مبتنی بر اتصالات الکتریکی قادر به پاسخگویی به تقاضای رو به رشد برای پهنای باند، تأخیر و مصرف برق نبوده‌اند. به منظور حل این تنگنا، فناوری اتصال نوری با فاصله انتقال طولانی، سرعت بالا و مزایای بهره‌وری انرژی بالا، به تدریج به امید توسعه آینده تبدیل می‌شود. در میان آنها، فناوری فوتونیک سیلیکونی مبتنی بر فرآیند CMOS به دلیل ادغام بالا، هزینه کم و دقت پردازش، پتانسیل بالایی را نشان می‌دهد. با این حال، تحقق آشکارسازهای نوری با کارایی بالا هنوز با چالش‌های زیادی روبرو است. به طور معمول، آشکارسازهای نوری برای بهبود عملکرد تشخیص نیاز به ادغام موادی با شکاف باند باریک، مانند ژرمانیوم (Ge) دارند، اما این امر منجر به فرآیندهای تولید پیچیده‌تر، هزینه‌های بالاتر و بازده نامنظم نیز می‌شود. آشکارساز نوری تمام سیلیکونی توسعه‌یافته توسط این تیم تحقیقاتی، بدون استفاده از ژرمانیوم، به سرعت انتقال داده ۱۶۰ گیگابیت بر ثانیه در هر کانال و پهنای باند انتقال کل ۱.۲۸ ترابیت بر ثانیه، از طریق طراحی نوآورانه تشدیدگر دو ریزحلقه‌ای، دست یافت.
اخیراً، یک تیم تحقیقاتی مشترک در ایالات متحده، مطالعه‌ای نوآورانه منتشر کرده و اعلام کرده است که با موفقیت یک فوتودیود بهمنی تمام سیلیکونی (Avalanche) را توسعه داده‌اند.آشکارساز نوری APDاین تراشه دارای عملکرد رابط فوتوالکتریک با سرعت فوق‌العاده بالا و هزینه کم است که انتظار می‌رود در شبکه‌های نوری آینده به انتقال داده بیش از ۳.۲ ترابایت در ثانیه دست یابد.
پیشرفت فنی: طراحی تشدیدگر دو ریزحلقه‌ای
آشکارسازهای نوری سنتی اغلب تضادهای آشتی‌ناپذیری بین پهنای باند و پاسخگویی دارند. تیم تحقیقاتی با استفاده از طراحی تشدیدگر دو میکرورینگ و سرکوب مؤثر تداخل بین کانال‌ها، این تضاد را با موفقیت کاهش داد. نتایج آزمایش نشان می‌دهد کهآشکارساز نوری تمام سیلیکونیدارای پاسخ ۰.۴ آمپر بر وات، جریان تاریکی به کمی ۱ نانوآمپر، پهنای باند بالای ۴۰ گیگاهرتز و تداخل الکتریکی بسیار کم کمتر از ۵۰- دسی‌بل است. این عملکرد با آشکارسازهای نوری تجاری فعلی مبتنی بر سیلیکون-ژرمانیوم و مواد III-V قابل مقایسه است.
نگاهی به آینده: مسیر نوآوری در شبکه‌های نوری
توسعه موفقیت‌آمیز آشکارساز نوری تمام سیلیکونی نه تنها از راه‌حل سنتی در فناوری پیشی گرفت، بلکه حدود ۴۰ درصد در هزینه نیز صرفه‌جویی کرد و راه را برای تحقق شبکه‌های نوری پرسرعت و کم‌هزینه در آینده هموار کرد. این فناوری کاملاً با فرآیندهای CMOS موجود سازگار است، بازده و عملکرد بسیار بالایی دارد و انتظار می‌رود در آینده به یک جزء استاندارد در حوزه فناوری فوتونیک سیلیکونی تبدیل شود. در آینده، تیم تحقیقاتی قصد دارد با کاهش غلظت آلایش و بهبود شرایط کاشت، به بهینه‌سازی طراحی برای بهبود بیشتر نرخ جذب و عملکرد پهنای باند آشکارساز نوری ادامه دهد. در عین حال، این تحقیق همچنین بررسی خواهد کرد که چگونه می‌توان این فناوری تمام سیلیکونی را در شبکه‌های نوری در خوشه‌های هوش مصنوعی نسل بعدی به کار برد تا به پهنای باند، مقیاس‌پذیری و بهره‌وری انرژی بالاتر دست یافت.
زمان ارسال: ۳۱ مارس ۲۰۲۵