Fotonik alanında çığır açan bir atılım gerçekleştiren bilim insanları, dünyanın ilk programlanabilir doğrusal olmayan fotonik dalga kılavuzunu geliştirdi. Bu aygıt, tek bir çip üzerinde birden fazla optik fonksiyon arasında geçiş yapabiliyor. Bu yenilik, ışık tabanlı teknolojilerin nasıl tasarlanıp ölçeklendirileceğini sınırlayan, optikte uzun süredir var olan ‘tek cihaz, tek işlev’ paradigmasını altüst ediyor. Cornell Üniversitesi ve Stanford Üniversitesi araştırmacıları tarafından geliştirilen cihaz; optik ve kuantum hesaplama, iletişim ve ayarlanabilir ışık kaynakları için yeni bir sayfa açıyor.
PARADİGMA KÖKTEN DEĞİŞİYOR
Çalışmanın, Cornell Üniversitesi doçenti Peter L. McMahon’ın gözetiminde yürütüldüğü ve NTT Research’te bilim insanı olan Ryotatsu Yanagimoto’nun, elde edilen sonuçların üretim sırasında cihaz fonksiyonlarının kalıcı olarak sabitlendiği geleneksel doğrusal olmayan optik paradigmasından belirgin bir sapma anlamına geldiğini vurguladığı aktarılıyor. Bu yaklaşımın, doğrusal olmayan fotoniğin uygulama alanlarını hızlı cihaz yeniden yapılandırılabilirliği ve yüksek verimin yalnızca kullanışlı değil, aynı zamanda gerekli olduğu durumlara genişlettiği ifade ediliyor.
DİNAMİK IŞIK DESENLERİ
Geleneksel olarak fotonik cihazlar, yalnızca üretim sırasında tanımlanan tek bir görevi yerine getiriyor. Her yeni optik fonksiyon için ayrı bir cihaz gereksinimi, maliyet ve karmaşıklığı artırırken üretim kusurları nedeniyle verimi düşürüyor. Yeni programlanabilir doğrusal olmayan dalga kılavuzu ise bu tabloyu değiştiriyor.
Silisyum nitrür çekirdek kullanılarak üretilen modülün optik özelliklerinin, çip üzerine yapılandırılmış ışık desenleri yansıtılarak dinamik olarak değiştirilebildiği belirtiliyor. Bu desenler, cihazın bir işlevden diğerine anında ne yaptığını tanımlayan, optik doğrusal olmayan programlanabilir bölgeler yaratıyor. Farklı ışık desenleri yansıtıldığında cihaz, aynı fiziksel yapı içinde bir dizi doğrusal olmayan optik görevi gerçekleştirebiliyor.
Ekip, bu yaklaşımı kullanarak keyfi darbe şekillendirme, ayarlanabilir ikinci harmonik üretimi, uzaysal-spektral olarak yapılandırılmış ışığın holografik üretimi ve doğrusal olmayan optik fonksiyonların gerçek zamanlı ters tasarımını gösterdi. Yanagimoto, atılımın doğrusal olmayan fotonik cihazların çalışma biçimini kökten değiştirdiğini; ilk kez, doğrusal olmayan optiğin büyük ölçekli optik devrelere, yeniden yapılandırılabilir kuantum frekans dönüşümüne, keyfi optik dalga formu sentezleyicilerine ve geniş çapta ayarlanabilir klasik ve kuantum ışık kaynaklarına uygulanması için bir yol oluşturduğunu belirtiyor.
GENİŞ UYGULAMA ALANI
Elde edilen etkinin laboratuvarın ötesinde de büyük sonuçlar doğurabileceği değerlendiriliyor. IDTechEx raporlarına göre fotonik entegre devre pazarının 2035 yılına kadar yıllık 50 milyar doları aşabileceği tahmin ediliyor. Pazar veri iletişimi, telekomünikasyon, kuantum teknolojileri, sensörler ve LiDAR gibi alanları kapsıyor. Fotonik cihazları üretimden sonra programlayabilme yeteneği, üretim verimini artırırken Ar-Ge ve üretim maliyetlerini kayda değer ölçüde azaltma potansiyeline sahip. Ayrıca ihtiyaç duyulan bileşen sayısını azaltarak optik sistemleri daha kompakt ve enerji açısından daha verimli hale getiriyor.
Bu esneklik, programlanabilir kuantum ışık kaynakları ve frekans dönüştürücülerin hesaplama ve ağ oluşturmayı geliştirebildiği kuantum hesaplama gibi alanlarda dönüşüme yol açabilir. Bunun yanında, 5G ve gelecekteki 6G sistemleri için ayarlanabilir ışık kaynaklarının etkinleştirilmesiyle telekom performansının artırılmasının mümkün olduğu değerlendiriliyor.
Araştırmacılar, ileriye dönük olarak muazzam bir potansiyel gördüklerini ifade ediyor. Ekip, programlanabilir doğrusal olmayanlıkların daha geniş bir malzeme yelpazesine nasıl entegre edilebileceğini ve teknolojinin kuantum düzeyinde işlevler gerçekleştirecek biçimde nasıl gelişebileceğini araştırmayı planlıyor. NTT Research’ün PHI Laboratuvarı, fizik ve bilişimi birleştirme misyonunu sürdürürken, ışık tabanlı hesaplamanın geleceğinin çok daha esnek bir yapıya kavuştuğu açıkça görülüyor.
