باحثون أمريكيون يحققون اتصالاً بصرياً بتقنية VCSEL عند درجات حرارة منخفضة بسرعة 138 جيجابت في الثانية

أخبار ar.wedoany.com، عرض باحثون من جامعة إلينوي في إربانا-شامبين تقنية اتصال بصري عالية السرعة تعمل في درجات حرارة منخفضة، تعتمد على ليزر التجويف العمودي الباعث للسطح (VCSEL)، والتي تدعم معدلات نقل بيانات تصل إلى 138 جيجابت في الثانية لكل قناة، مع تقليل التسرب الحراري واستهلاك الطاقة في مصفوفات المستوى البؤري للأشعة تحت الحمراء (FPA). نُشرت نتائج البحث في مجلة "IEEE Photonics Technology Letters"، وتعالج هذه التقنية تحدياً رئيسياً في أنظمة التصوير منخفضة الحرارة من الجيل التالي، حيث تعمل التوصيلات النحاسية التقليدية على إدخال حرارة غير مرغوب فيها إلى أجهزة الكشف الحساسة.

تواصل مصفوفات المستوى البؤري الحديثة العاملة في درجات حرارة منخفضة تحسين دقتها وحساسيتها وسرعة تصويرها، مما يرفع إجمالي معدل البيانات إلى أكثر من 100 جيجابت في الثانية. تتطلب التوصيلات الكهربائية التقليدية عدداً كبيراً من الوصلات النحاسية التي تنقل الحرارة إلى مكونات المستشعر منخفضة الحرارة، مما يزيد من ضوضاء الكاشف واحتياجات التبريد. قام فريق البحث بتقييم الروابط البصرية القائمة على VCSEL والتي تعمل في درجات حرارة تتراوح بين 77 كلفن (-196 درجة مئوية) و120 كلفن (-153 درجة مئوية)، وأظهرت هذه الروابط عرض نطاق تعديل يتجاوز 50 جيجاهرتز عند تيارات انحياز أقل من 4 مللي أمبير. نجحت هذه الأجهزة في نقل إشارات PAM-4 بسرعة 112 جيجابت في الثانية، ووسعت معدل كل قناة إلى 138 جيجابت في الثانية، مع قيم TDECQ بلغت 3.42 ديسيبل عند 77 كلفن و4.15 ديسيبل عند 120 كلفن، وكلاهما يقع ضمن نطاق مواصفات IEEE القياسية للاتصالات متعددة الأوضاع عبر الألياف الضوئية قصيرة المدى.

كما قدر الباحثون كفاءة الطاقة بحوالي 68 فيمتوجول لكل بت عند 77 كلفن، وحوالي 60 فيمتوجول لكل بت عند 120 كلفن، مما يشير إلى أن روابط VCSEL منخفضة الحرارة قادرة على تلبية متطلبات عرض النطاق الترددي لأنظمة التصوير بالأشعة تحت الحمراء المتقدمة مع تقليل الحمل الحراري واستهلاك الطاقة. تشير هذه الدراسة إلى أن التوصيلات البصرية قد تشكل بديلاً عملياً للتوصيلات النحاسية في أجهزة الاستشعار منخفضة الحرارة المستقبلية المستخدمة في التطبيقات الدفاعية والأجهزة العلمية وعلم الفلك وغيرها من تطبيقات التصوير عالية الأداء.

وقال ليو: "تشير هذه النتائج إلى أن روابط VCSEL البصرية منخفضة الحرارة يمكن أن تكون حلاً واعداً وفعالاً من حيث التكلفة لتلبية احتياجات الاتصالات عالية السرعة في مصفوفات المستوى البؤري".