Фотонные технологии давно и широко применяются в системах связи. Ещё со времён СССР. То, что сейчас называется оптоволоконным кабелем, в СССР называлось просто ВОЛС (волоконно-оптическая линия связи). И да, они у нас уже тогда были.
В настоящее время идут также исследования применения фотоники в вычислительных микросхемах, но особых перспектив этого направления я, честно говоря, пока не вижу. Скорость переключения потенциального оптического транзистора, судя по всему, будет сравнима со скоростью переключения электронного транзистора. Кроме того, потери энергии на малых дистанциях в оптических системах выше, чем в электронных. Так что я не уверен, что это направление откроет прирост производительности компьютерам и будет перспективно.
Между тем, фотонные технологии позволяют эффективно передавать информацию на большие расстояния. На больших расстояниях потери при передаче оптического сигнала становятся меньше, чем электрического, что и обуславливает широкое применение оптики в компьютерных сетях и сетях телефонной связи.
Таким образом, в настоящее время фотонные чипы используются преимущественно в области управления передачей данных. Так, в 2022 году Зеленоградский нанотехнологический центр (ЗНТЦ) создал фотонный чип AWG-мультиплексора, после чего на его основе в начале уже этого года был создан полностью российский мультиплексор, позволяющий передавать 44 разных потока информации по одному оптоволокну. В настоящий момент запускается серийное производство этого изделия, о чём я уже писал не так давно.
Также примером фотонного чипа может служить микросхема оптического передатчика, в которой на одном чипе объединены полупроводниковый лазер с распределённой обратной связью, электрооптический модулятор и полупроводниковый усилитель. Фотонные чипы применяются для модулирования, усиления и фильтрации оптических сигналов, а также для преобразования оптических сигналов в электрические.
Для управления вышеперечисленными устройствами внутри фотонного чипа удобно использовать оптические транзисторы и другие оптические устройства управления оптическими сигналами. Такие устройства около года назад были разработаны специалистами МИЭТ и МПГУ совместно с другими учёными. Они создали полностью оптический перестраиваемый элемент на основе тонких пленок одного из так называемых материалов фазовой памяти — Ge-Sb-Te (GST).
Главной особенностью этого типа материалов является изменение оптических и электрических свойств при переключении между аморфным, то есть неупорядоченным, и кристаллическим, то есть упорядоченным, состояниями. Переключение между состояниями происходит за время порядка 10 наносекунд (это не так быстро по сравнению с переключением электронных транзисторов в современных микропроцессорах), но поддержание состояний такого транзистора не требует затрат энергии.
Технология производства фотонных чипов похожа на технологию, используемую при производстве электронных, где фотолитография применяется для разметки подложки с целью проведения травления и нанесения необходимых материалов. Поэтому для производства таких элементов можно использовать те же типы оборудования, что и для производства электронных микросхем, причём достаточно оборудования для «толстых» техпроцессов. Тут у России открывается широкое поле для производства фотонных интегральных схем.
Таким образом, мы видим, что фотонные технологии развиваются не только во всём остальном мире, но и в России. Отрадно, что этому направлению сегодня уделяется особое внимание, особенно в свете суверенизации систем связи.
На сегодня всё. Ставьте нравлики, подписывайтесь на канал и делитесь своими мыслями в комментариях. Пока! :-)