京セラ(Kyocera)と東北大学(Tohoku University)が共同開発した新しい光学チップ技術は、高速データセンターの増大する問題を解決する可能性があり、約95%の反射光を減少させることで性能を向上させることが期待されています。この技術はレーザーアニール技術を利用して、光学アイソレーターをシリコンフォトニックチップに直接統合します。このプロセスでは、全体のチップを高温にさらすのではなく、ターゲット領域のみを加熱します。光学アイソレーターの役割は、光がレーザー源に逆流するのを防ぎ、反射光がレーザーを干渉し、光通信システムの性能を低下させるのを防ぐことです。
人工知能のワークロードがデータセンターにより多くの情報を処理する必要性を推進する中、シリコンフォトニック技術が開発され、より速く、より高効率な接続を提供することが目指されています。
京セラと東北大学の光学チップ技術がデータセンターの性能を向上させる可能性
この技術は光を用いてデータを伝送・処理し、レーザー加熱技術が統合の問題を解決します。従来の光学アイソレーターは一般的に磁気光学ガーネットに依存しており、この結晶材料は約600度以上に加熱する必要がありますが、全体のシリコンフォトニックチップをその温度に加熱すると、電極や配線、その他の部品が損傷する可能性があります。京セラと東北大学は、近赤外レーザーをアイソレーター形成領域にのみ指向することでこの問題を解決し、レーザーは約700ミクロン x 700ミクロンの領域に焦点を合わせます。
この局所加熱により、磁気光学ガーネットが結晶化し、周囲のシリコンフォトニック回路が同じ熱負荷を受けることはありません。
この方法により、光学アイソレーターはコンパクトな光学回路や共同パッケージ光学(Co-Packaged Optics, CPO)との統合が容易になります。CPOは光学および電子部品を同一の半導体パッケージ内に配置し、信号経路を短縮し、信号損失や消費電力を低減する可能性があります。光学リンクにおいて、システムがより小型化・コンパクト化するにつれて、光が所定の方向に伝送されることを維持することがますます重要になります。したがって、直接製造されたアイソレーターは、将来の高速ネットワークで使用されるコンパクトなフォトニック回路の主要な統合障害を取り除くことができます。
光学アイソレーターの研究開発成果が未来の技術の基盤を築く
研究者たちはシリコン導波路上に光学アイソレーターを製造し、その前進光と逆反射光を区別する能力をテストしました。この装置は光通信波長範囲内で13.6デシベルのアイソレーション比を実現し、研究者によれば、これは約95%の反射光の減少に相当します。電子顕微鏡検査により、レーザー処理された磁気光学ガーネットがシリコン導波路上で正しく結晶化していることが確認され、実験で示された操作結果を支持しています。この成果は、京セラと東北大学の初期の研究に基づいており、光学回路に直接統合可能な光学アイソレーターの開発を目指しています。
これらの企業の現在の目標は、光学損失を減少させ、効率を向上させ、このプロセスを大規模生産により適したものにすることで技術を改善することです。これらの改善が実現すれば、直接統合された光学アイソレーターは、特にデータセンターがますますシリコンフォトニック技術とCPOを採用して、増大する人工知能関連のワークロードに対応する中で、将来の高密度光学システムで重要な役割を果たすことが期待されます。関連研究は『IEEE Access』誌に発表されています。