یک مدار یکپارچه فوتونیک می تواند اطلاعات بسیار سریع بفرستد. در گذشته، این سرعت خیلی از ماشین های بزرگ نیاز داشت. فتونیمدارهای یکپارهاز نور استفاده کن نه برق این به آنها کمک می کند که اطلاعات سریعتر حرکت کنند و از انرژی کمتر استفاده کنند. این مدارها عوض شده که چگونه مردم شبکه ساختن و اطلاعات رو ردیابی می کنند. تکنولوژی فوتونیک در بسیاری از مناطق ها، مانند ارتباطات و پزشکی، مهم است.

حذف کلید

• مدارهای یکپارک فوتونیک از نور برای حرکت داده سریع و استفاده از انرژی کمتر از مدار الکترونیکی استفاده می کنند. فوتونيک سيليکون قطعات هاي نوري روي يک چيپ قرار ميده این دستگاه ها کوچکتر، ارزونتر و ساده تر می شود. PIC ها در ارتباطات، مرکز داده ها، دستگاه های پزشکی و مناطق جدید مانند محاسبات کوانتومی و واقعیت مجازی استفاده می شوند. شرکت ها و گروه های تحقیقات با هم کار کردند تا مشکلات اولیه را حل کنند و به بازار فوتونیک کمک کنند. مواد جدید و طراحی سه بعدی مدارهای فوتونیک سریعتر و قوی تر میکنه این تغییرات ایده های جدید در تکنولوژی به همراه خواهند آورد.

نمایش یکپارچه ی مداری

PIC ها

مدارهای یکپارک فتونیک یا PIC ها، تراشه های مخصوصی هستند که از نور برای ارسال و اطلاعات استفاده می کنند. مدار الکترونیکی منظم استفاده از الکترون ها، اما PIC در عوض از فوتون استفاده می کنند. این تغییر اجازه می دهد داده ها سریع تر حرکت کند و انرژی را ذخیره می کند. بسیاری از چیزهایی که امروزه استفاده می کنیم، مانند مسیرهای اینترنت سریع و بعضی از ماشین های پزشکی، به این تکنولوژی نیاز داریم.

PICs قطعات نوری زیادی روی یک تراشه جمع میکنن این بخش ها به راهنمایی ، کنترل و یافتن سیگنال نور کمک می کنند . جدول زیر فهرستبخش اصلی مدارهای یکپارچه فوتونیک و کاری که می کنند:

مدارهای یکپارچه فوتونیک از این قسمت ها برای ساخت ، حرکت و پیدا کردن نور بر روی یک تراشه استفاده می کنند. این میکروچیپ های نوری رو کوچک تر میکنه و بهتر کار میکنه.

چرا فتونیک

فوتونیک ها از بسیاری از طرق های زیادی از الکترونیکی است. نور می تواند داده های بیشتری حمل کند علامت های نوری همچنین زمانی که می روند انرژی کمتر از دست می دهند، بنابراین آنها کمتر گرمایی می سازند و از قدرت کمتر استفاده می کنند. اين چيزاي خوب مدارهاي فوتونيک رو براي کارهايي که به حرکت داده هاي سريع و ثابت نياز دارن

تکنولوژی نوری راه های جدیدی برای کمک به مرکز داده ها، شبکه های تلفنیحسگرها. با استفاده از نور، مدارهای یکپارچه فوتونیک به سیستم ها کمک می کند سریع تر و بهتر کار می کنند.

همانطور که تکنولوژی بهتر می شود، راه حل های فوتونیک جای راه های الکترونیکی قدیمی را می گیرند. این تغییر را شکل می دهد که چگونه صحبت کنیم ، از کامپیوتر استفاده کنیم و از سلامتیمان مراقبت کنیم .

تکامل تاریخ

نظرهای اولیه

ايده براي اينه کهمدارهای مجتمع فوتونیکاواخر دهه 1960 شروع شد. دانشمندان ميخواستن از نور براي ارسال اطلاعات استفاده کنن، نه الکتريسيته. در سال ۱۹۹۶، محققان درباره قطعات نوری روی یک تراشه صحبت کردند. آنها یاد گرفتند که نور می تواند سریعتر حرکت کند و بیشتر از الکترون ها حمل کند. این ایده به مردم کمک کرد به راه های جدیدی برای ساخت حوزه ها .

در سال ۱۹۷۰ لیزر اختراع شد. اين ابزار کوچيک ميتونه روي تراشه روشن کنه مهندس ها حالا راهی داشتن که سیگنال های نور رو بسازن و کنترل کنن لیزر دیود در بسیاری از سیستم های نوری بسیار مهم شد. به مردم نشون ميده چرا؟فناوری فوتونیکمفيد بود

کلیدهای کلید

قدم های زیادی طول کشید تا از یه ایده به دستگاه های واقعی رفت. هر قدم يه چيز جديد مي آورد. این خط زمانی از رویدادهای بزرگ است:

1. سال 1969دانشمندان این ایده را به اشتراک گذاشتندمدارهای مجتمع فوتونیک.

2. 1970: لیزر دیودی اجازه می دهد مردم روی تراشه روشن کنن.

3. دهه 1980پژوهشگران از سیلیکون برای دستگاه فوتونی استفاده می کنند. اونا ديدن که سيليکون مي تونه نور رو به خوبي راهنمايي کنه و با ابزار هاي چيپ کار کنه

4. 1987اولین کاریمدار یکپارچه فوتونیکساخته شده قطعات زيادي روي يک تراشه گذاشته

5. ۲۰۰۵: صنعت طراحی از ساخت تراشه ها تقسیم شد. این اجازه می دهد شرکت های بیشتری از محصولات فوتونیک سیلیکون بسازند.

توجه کنید: هر گام بر روی یکی قبلش ساخته شده. در حالی که دانشمندان بیشتر در مورد استفاده از سیلیکون و نور با هم رشد می کردند.

میکرو الکترونیک خیلی کمک کرد. چيپ سازها از چيزي که درباره ي سيليکون ميدونست استفاده ميکنن تا دستگاه هاي فوتونيک بهتري آنها ایده هایی از مدارهای الکترونیکی گرفتند و از آنها برای سیستم های نوری استفاده می کردند. این کمک کرد اوضاع سریع تر حرکت کنه

فتونی سیلیکون

فوتونیک های سیلیکون راه اصلی برای ساخت تراشه های جدید تبدیل شد. این میدان از سیلیکون برای راهنما و کنترل نور روی چیپ استفاده می کند. سیلیکون خوب است زیرا ارزون است، آسون شکل داده و استفاده در الکترونیکی. مهندس ها می توانند هم قطعات الکترونیکی و هم فوتونی روی یک ویلر سیلیکون قرار دهند.

در دهه ۱۹۸۰ کار واقعی در فوتونیک سیلیکون آغاز شد. پژوهشگران فهميدن سيليکون ميتونه نور رو مثل موج رو راهنمايي کنه اونا دستگاه هاي ساده اي ساختن که نور رو از طريق مسير هاي کوچيک سيليکون حرکت ميکردن با گذشت زمان، این دستگاه ها پیشرفت تر شدند.

در اوایل دهه ۲۰۰۰ فوتونیک سیلیکون به سرعت رشد کرد. شرکت ها شروع به ساختن دستگاه هاي فوتونيک سيليکون براي استفاده واقعي کردن اونا از ابزارهايي مثل صنعت ميکرو الکترونيک استفاده کردند. این کار ساختن چیپس زیادی را آسان تر می کرد.

تغییر بزرگی در سال ۲۰۰۵ رخ داد . صنعت طراحی فوتونیک سیلیکون رو از ساخت تراشه ها تقسیم کرد. اين اجازه دادن مردم بيشتري به ميدان ملحق بشن. گروه هاي طراحي ميتونن روي ايده هاي جديد کار کنن کارخانه ها ميتونن روي ساختن چيپس تمرکز کنن این شبیه چیزی بود که توی الکترونیک کار میکرد

امروزه، فوتونیک سیلیکون در بسیاری از سیستم های مهم استفاده می شود. مرکز داده ها از دستگاه های فوتونی سیلیکونی برای حرکت داده های سریع استفاده می کنند. شبکه های تلکوم از تراشه های سیلیکون برای ارسال سیگنال استفاده می کنند. ابزار پزشکی از فوتونیک سیلیکون برای احساس سریع و دقیق استفاده می کنند.

جدول زیر نشان می دهد که چگونه فوتونیک سیلیکون با تکنولوژی های نوری قدیمی متفاوت است:

فوتوني سيليکون همش رشد ميکنه تحقیقات جدید مواد بهتر و راه های جدید برای استفاده از نور می آورد در حال حاضر میدان به مردم کمک می کند تا مدارهای سریع و انرژی را برای بسیاری استفاده کنند

تجاری

غلبه بر موعظه

پژوهشگران مشکلات بسیاری برای ساخت مدارهای فوتونیک برای استفاده واقعی داشتند. دستگاه های اولیه هزینه زیادی داشت و با سیستم های قدیمی جور نشد. مهندس ها باید راه هایی پیدا می کردند تا این مدارها رو بسازند همچنین باید اونا رو به تراشه های الکترونیکی وصل کنن استفاده از سیلیکون این کار را آسون تر کرد. سيليکون اجازه داد که شرکت ها همون ابزارهايي که توليد کننده هاي الکترونيکي استفاده کنن این مدارها را ارزون تر و بهتر ساخت. قوانين استاندارد هم کمک کرد. گروه هایی مانند AIM فتونیک قوانینی برای طراحی و آزمایش ساخت. این قدم ها به شرکت های جدید کمک کردند تا به بازار ملحق شوند.

شرکت صنعتی

بسیاری از شرکت ها و گروه های تحقیقات با هم کار کردند تا سریع تر حرکت کنند. آنها ایده ها را به اشتراک گذاشتند و ابزارهای جدیدی برای چیپس های فوتونیک ساختند. AIM فتونيکس خيلي مهم بود این گروه متخصصان از مدرسه ها ، شرکت ها و دولت آوردند . اونا کار کردن تا فوتونیک های سیلیکون بهتر و ارزونتر بسازن کار گروهی بهشون کمک کرد که سریع مشکلات رو حل کنن همچنین برای کارگران جدید آموزش می دادند . کار کردن با هم کمک کرد که تمام بازار رشد کند .

وقتی گروه ها با هم کار می کردند، چیزهای جدید را سریعتر و بهتر ساختند.

توسعه بازاری

بازار مدارهاي مجتمع فوتونيک سريع رشد کرد شرکت های تلکام از این تراشه ها استفاده می کردند تا اطلاعات بیشتری بفرستند. مرکز داده ها از فوتونیک سیلیکون برای حرکت داده سریع و انرژی ذخیره کردند. دفاع و پزشکی راه های جدیدی برای استفاده از این مدارها پیدا کرده صنایع بیشتری پیوستند، بنابراین بازار بزرگتر شد و انتخاب های بیشتری داشت. شرکت ها اکنون محصولات بسیاری را می سازند، مثل اینترنت سریع و سنسورهای هوشمند. استفاده از سیلیکون رشد میکنه و به بازار کمک میکنه تا به مردم بیشتری برسه

برنامه های مداری یکپارچه فتونی

مدارهای یکپارچه فوتونیک بسیاری از صنایع رو تغییر داده این مدارها از نور برای حرکت و کنترل داده استفاده می کنند. اونا به سیستم ها کمک میکنن سریعتر کار کنن و از انرژی کمتر استفاده کنن استفاده های اصلی در رابطه با ارتباطات، مرکز داده ها، احساس و بیولوژیکی و مناطق جدید مانند کوانتوم و VR است.

ارتباطاتی

شرکت های ارتباطات از این مدارها برای بهتر کردن ارتباطات استفاده می کنند. اونا به اطلاعات زیادی در فاصله های طولانی کمک میکنن این مدارها اطلاعات سریع و پهنای باند را پشتیبانی می کنند. انتقال دهنده ها از نور براي حمل سيگنال استفاده ميکنن اینطوری، پهنای باند بیشتر و کمتر از دست دادن سیگنال وجود دارد.

برای مثال، شبکه های فیبر نوری از انتقال فوتونیک برای پیوند شهرها و کشورها استفاده می کنند. این شبکه ها می توانند بیشتر تلفن و اینترنت را از سیم های مس قدیمی کنترل کنند. استفاده از این مدارها تماس های ویدئویی رو روشن تر میکنه بسیاری از شرکت ها به این مدارها نیاز دارند تا به اطلاعات بیشتری ادامه بدن.

مدارهای یکپارچه فوتونیک به مردم کمک می کنند در صحبت ، ویدئوها را به اشتراک گذاشتن و پیام هایی همه جا بفرستند.

مرکز دادهName

مرکز اطلاعات ذخیره و حرکت میکنه اين مدارها به مرکز داده ها کمک ميکنن که بهتر کار کنن آنها از انتقال دهنده های نوری برای حرکت داده های بین سرورها استفاده می کنند. این فرآیند گرما کمتر می سازد و انرژی را ذخیره می کند.

یک مرکز داده مدرن ممکن است از هزاران انتقال دهنده برای داده استفاده کند. اين مدارها اجازه ميدن ارتباطات سريع و کمک کمک کنن با تکنولوژی فوتونی، مرکز داده ها می توانند بدون استفاده از قدرت بیشتری رشد کنند. اين باعث ميشه کارآگاه و قابل اعتماد تر بشه

• مدارهای یکپارچه فتونیک در مرکز داده:

  • حرکت داده بین رایانه ها سریعتر

  • استفاده از انرژی کمتری

  • بذار مردم بيشتري ازشون استفاده کنن

احساس و پزشکی بیولوژی

دستگاه های پزشکی و سنسورها هم از این مدارها استفاده می کنند. اونا به دکترها کمک ميکنن که داخل بدن رو ببينن و زود بيماري پيدا کنن حسگرهای نوری می توانند جریان خون رو چک کنند، دنبال سرطان بگردند، یا ضربان قلب رو ردیابی کنند.

بیمارستان ها برای آزمایش سریع و درست استفاده می کنند. برای مثال یک اسکنر ممکن است از نور برای نگاه به بافت ها بدون جراحی استفاده کند. این راه امن تره و نتایج رو سریعتر میده این مدارها همچنین به ساخت سنسورهای کوچک برای بررسی بهداشت خانگی کمک می کنند.

توجه: تکنولوژی فتونیک در پزشکی بهتر و نتایج سریع تری برای بیماران می دهد.

کوانتوم و VR

حوزه های جدید مانند محاسبات کوانتومی و VR نیاز به سیستم سریع و ثابت دارند. اين مدارها اينجا خيلي مهم هستن کامپیوترهای کوانتومی از نور برای رسیدگی اطلاعات به روش های جدید استفاده می کنند. این سیستم ها به کنترل دقیق فوتون ها برای اطلاعات امن نیاز دارند.

در وی آر، این مدارها کمک می کند که تصاویر و پاسخ های سریع بسازند. اونا پهناي باند گسترده و تاخير کمي ميدن، بنابراين جهان مجازي واقعي هستند. شرکت ها از این مدارها استفاده می کنند تا هیدس ها و صفحات بهتری بسازند.

استفاده از مدار يکپارک فتونيک ادامه داره رشد ميکنه آنها در حل مشکلات ارتباط ، داده ها و احساس کمک می کنند. همانطور که تکنولوژی بهتر می شود، این مدارها حتی سیستم ها و صنایع بیشتری کمک خواهند کرد.

مشکلات و پیشرفت

مواد و سازگاری

مهندسین در هنگام ساختن مدارهای یکپارچه فوتونی مشکلات زیادی دارند. ماده هایی که انتخاب می کنند بسیار اهمیت دارند برای مدارها کار می کنند . سیلیکان مواد اصلی است که در بیشتر دستگاه ها استفاده می شود. کمک میکنه موج هایی که روی تراشه راهنمایی میکنه فوتونیک های سیلیکون از این موج ها برای حرکت نور استفاده میکنن با ضرر کوچک اما سيليکون نميتونه هر کاري رو انجام بده بعضی از قسمت های قدرتمندی نیاز به مواد دیگر دارند. برای مثال لیزرها اغلب از چیزی غیر از سیلیکون استفاده می کنند. ترکیب کردن این مواد با سیلیکون نیاز به برنامه ریزی دقت داره این کمک به حوزه ها بهتر و بیشتر ادامه می دهد. دانشمندان همش مواد جدید را برای ساختن مدارهای بهتر تلاش می کنند.

بسته بندی و آزمونی

بسته بندی مدارهای فوتونی را از خاک ، گرما و آسیب امن نگه می دارد . همچنین تراشه را به سیستم های دیگر مرتبط می کند. مهندسین باید مطمئن بشن که بسته بندی ها نور رو مسدود نمی کنه یا سیگنال رو از دست میده آزمايش ميکنه که حوزه ها به راه درست کار ميکنن آزمايش خوب زودتر مشکل پيدا ميکنه این باعث می شود سیاره ها در زندگی واقعی بهتر کار کنند فوتونيک سيليکون براي بسته بندي و آزمايش نياز داره این ابزارها به مدارها کمک میکنند که در طول زمان قوی بمانند. شرکت ها میخوان بسته بندی ها ارزون تر و بهتری درست کنن همچنین سعی می کنند آزمایش را سریع تر و ساده تر کنند

توجه : بسته بندی خوب و آزمایش به مدارهای فوتونیک کمک می کند در بسته بندی بسته بندی در بسیاری از جاها به خوبی کار می کند.

PIC های سه بعدی

مدارهای فوتونیک یکپارچه سه بعدی به نام PICs سه دی یک قدم جدید هستند. این مدارها لایه های سیلیکون و مواد دیگری را انتخاب می کنند. این اجازه می دهد موج و دستگاه های بیشتری در فضای کوچک جایی باشند. PIC 3D کمک به اطلاعات بیشتری بفرستند و مدارها را قوی تر کنند همچنین به ساخت سیستم های پیچیده ای که شغل های زیادی روی یک تراشه کمک می کنند. فوتونیک سیلیکان از طراحی سه بعدی برای ساختن مدار کوچک و قوی تر استفاده می کند. دانشمندان دنبال راه های جدیدی برای ساختن و به این لایه ها می گردند مهندس ها فکر می کنند PIC سه بعدی برای داده ها و سیستم های ارتباطی بسیار مهم خواهند بود.

اقدامات آینده

موادهای ژنۀ بعدی

دانشمندان هنوز دنبال مواد بهتري براي مدارهاي فوتونيک هستند مواد جدید می تواند به این مدارها کمک کند که داده ها را حرکت دهند و از انرژی کمتر استفاده کنند. جدول زیر بعضی را فهرست می کندمواد بالاییو کاری که می کنند

فوتونيک سيليکون همش استفاده ميکنه ولی مواد جدید مثل این پی و TFLN به مدارها کمک میکنه سریع تر و کار بهتر میشه این تغییرات بازاری های جدید و استفاده های پیشرفته تری به همراه خواهند آورد.

برنامه های جدید

در آينده، مدارهاي يکپارچه فوتونيک استفاده هاي بيشتري خواهند داشت همانطور که فوتونیک سیلیکون بهتر میشه مردم راه های جدیدی برای استفاده از این چیپس ها پیدا میکنن برخی از استفاده های ممکن این است که:

• هوش مصنوعی (AI) :اطلاعات سریع کمک میکنه که بهتر یاد بگیره و کار کنه

• محاسبات کوانتومی:مواد جدید به اطلاعات امن تر و کامپیوترهای جدید کمک میکنه

• خدمات درمانی:سنسورهای کوچکتر به پزشکان کمک می کنند زودتر مشکلات درمانی پیدا کنند.

• تکنولوژی مخلوط:پهناي باند بيشتر باعث ميشه واقعيت مجازي و افزايش يافته احساس واقعي بشه

مدارهای یکپارچه فوتونیک به مشکلات در اطلاعات، سلامت و ارتباط کمک می کند. بازار بزرگتر میشود وقتی شرکت های بیشتری از این ایده های جدید استفاده می کنند.

تحقیق

بسیاری از آزمایشگاه ها و شرکت های بالایی تحقیقات در فوتونیک سیلیکون و دیگر سکویت ها را رهبری می کنند.آزمایشگاه ملی ساندیابه خاطر کارش با فسفید هندوستان و فوتونیک سیلیکون شناخته می شود. تیم هاشون روی لیزر ها، مدولاتور ها و ردیابی بهتر کار می کنند. آنها همچنین راه های جدیدی برای رشد کریستال و تغییر روشنایی در سیلیکون را تلاش می کنند.

جدول زیر بعضی از مناطق پژوهش های اصلی و رهبران را نشان می دهد:

تحقيقات فوتونيکي سيليکون ادامه ميده تیم ها دنبال راه های جدیدی برای پیوستن سیلیکون با مواد دیگر می گردند آنها همچنین کار می کنند تا مدارها کوچکتر، سریع تر و قابل اعتماد تر باشند. بازار محصولات بیشتری را می بیند وقتی تحقیقات راه حل واقعی تبدیل می شود.

مدارهای یکپارچه فتونیک به عنوان ایده شروع شد و اکنون محصولات واقعی هستند. این تراشه ها کمک میکنن که داده ها سریع بفرستن و انرژی رو ذخیره کنن شرکت ها و دانشمندان همچنان به کارهاي جديدي براي پي آي سي پي.ي.

آينده يکپارچه فوتونيک هيجان انگيزه مواد و طراحی های جدید راه حل های بهتری می سازد. ‫پیسی ها به فناوری ‫برای مدت طولانی کمک میکنن

FAQ

مدار فوتونیک (PIC) چیست؟

مدار یکپارچه فوتونیک از نور برای حرکت و رسیدگی اطلاعات استفاده می کند. مهندسین این مدارها با گذاشتن بسیاری از قطعات نوری مانند لیزرها و آشکارا، روی یک تراشه کوچک.

چه فرقی با مدارهای یکپارک الکترونیکی دارند؟

PIC از فوتون استفاده ميکنه نه الکترون این به آنها کمک می کند که داده ها سریعتر بفرستند و از انرژی کمتر استفاده کنند. مدارهای الکترونیکی از برق استفاده می کنند، اما مدارهای فتونیک از سیگنال نور استفاده می کنند.

حوزه های یکپارچه فوتونیک کجاست؟

PIC ها در ارتباطات، مرکز داده ها، دستگاه های پزشکی و محاسبات کوانتومی استفاده می شوند. این مدارها به ارسال داده ها سریع، تصویر های بهتر، و چیزهای جدیدی مانند واقعیت مجازی کمک می کنند.

مهندسی ها با چه چالش هایی روبرو می شوند؟

مهندسین باید بهترین مواد رو انتخاب کنن و بسته بندی قوی طراحی کنن اونا بايد هر مدار با دقت آزمايش کنن آنها همچنین سعی می کنند مواد مختلف را ترکیب کنند و مدارها را کوچک و قوی تر می سازند.

آیا مدارهای یکپارک فوتونی جایگزین مدارهای الکترونیکی هست؟

پلیس ها جای مدار الکترونیکی نمی گیرند وقتي با هم استفاده ميکنن بهترين کار ميکنن مدار فتونیک برای داده های سریع و فاصله های طولانی خوب است. مدار الکترونيکي براي منطق و انبار بهتره بيشتر سيستم ها از هر دوتا استفاده ميکنن تا بهترين کارشون رو انجام بدن