நுண்ஒளித்துகளியல் (Microphotonics) எம் ஐ டி டெக்னாலஜி ரிவியூவில் பேசப்பட்ட தொழில்நுட்பங்கள்

ஜான் ஜொனோபவ்லஸ் (John Joannopoulos)

எம் ஐ டி பேராசிரியரான ஜான் ஜோனோபவ்லஸ் காண்பிக்கும் ஒரு சிறிய மஞ்சள் சதுரத்தில் ஒளி மின்னுகிறது. அது ஒரு உலோகத்தகடுச் சில்லு மாதிரி இருக்கிறது. ஒரு சிறுபிள்ளையின்விளையாட்டுப் பொருள் போல இருக்கிறது. ஆனால் அது விளையாட்டுப்பொருள் அல்ல. அது உலோகமும் அல்ல. இது மிக மெல்லிய உலோகமற்ற படிவங்களால் உருவாக்கப்பட்ட ஒளிப்படிகம் (photonic crystal). இது வெவ்வேறு அலைநீளம் கொண்ட ஒளியை, அலைநீளம் மாற்றாமல் அப்படியே பிரதிபலிக்கும் நவீனமான பொருள்களில் ஒன்று. இந்த ஒளிப்படிகங்கள் photonic crystal நுண் ஒளித்துகள் இயலில் நவீன கண்டுபிடிப்புகள். இவை தொலைத்தொடர்பில் மிகவும் முக்கியமான பங்கு வகிக்கப்போகின்றன.

ஒளிநாறு (fiber optics) தொலைத்தொடர்பும், எலக்ட்ரானிக் தொலைத்தொடர்பும் (electronic switching) இன்று தொலைத்தொடர்பின் முதுகெலும்பாக இருந்துவருகிறது. ஆனால் இது ஒரு கடினமான திருமணம். தொலைத்தொடர்பு வலைக்குள் ஒளிநாறு மூலமாக ஒளிவேகத்தில் செய்தி செல்கிறது. அது சட்டென்று அங்கங்கே நிறுத்தப்பட்டு எலக்ட்ரானிக் செய்திகளாக மாற்றப்பட்டு மெதுவான எலக்ட்ரானிக் வழிகொடுக்கும் இயந்திரங்களில் (electronic switches and routers)ஆராயப்பட்டு திசை திருப்பப்படுகின்றன. இது ஒளிவேக செய்தியை வேகம் குறைத்துவிடுகின்றது. இண்டெர்நெட்டின் வளரும் வேகத்துக்கு இணையாக தொழில்நுட்பம் வளரவேண்டுமென்றால், ஒளியை இதுபோல ஆராய்ந்துதிசைதிருப்பும் இயந்திரங்கள் சின்ன அளவில் வேண்டும்.

பெரிய பெரிய நிறுவனங்கள் இந்த தொழில்நுட்பத்தை கண்டுபிடிக்க வேண்டும் என்று தீவிரமாக முயன்றுகொண்டிருக்கின்றன. லூசன்ட் டெக்னாலஜிஸ், அஜிலென்ட் டெக்னாலஜிஸ், நோர்டெல் நெட்வொர்க்ஸ் இன்னும் ஆரம்ப கம்பெனிகள் பல இந்த தொழில்நுட்பத்தை முதலில் கண்டுபிடித்து காசு பண்ண தீவிரமாக முயன்றுகொண்டிருக்கின்றன. இதற்காக கண்டுபிடிக்கப்பட்ட இயந்திரங்கள் பல. சின்ன சின்ன கண்ணாடிகள் வைத்த இயந்திரங்கள், சிலிகான் அலைதுணைகள்(waveguides), ஏன் நுண்குமிழிகள் (microscopic bubbles) கூட இதற்காக உபயோகப்படுத்தி முயன்று வருகிறார்கல். ஆனால் இந்த எதுவும், மேற்கண்ட ஒளிப்படிகங்களுக்கு இணையாக, அழகான, தெளிவான பதிலை தரவில்லை. இந்த ஒளிப்படிகங்கள், ஜான் ஜோனோபவுலஸின் பரிசோதனைச்சாலையில், ஒளியை திசைதிருப்பவும், ஆராயவும், ஒளிவேகத்திலேயே செய்கின்றன. ‘இப்போது ஃபேஷன், ஒளியை எவ்வளவு வேலை செய்ய வைக்கமுடியுமோ அவ்வளவு வேலையையும் செய்ய வைப்பதுதான் ‘ என்று கூறுகிறார் ஜான். ‘சுத்தமாக எலக்ட்ரானிக் வேலைகள் எல்லாவற்றையும் ஒளியை வைத்துச் செய்யவேண்டுமென்பதில்லை. கூடியமட்டும் அனைத்தையும் ‘ என்றும் கூறுகிறார்.

1980களில் கண்டுபிடிக்கப்பட்ட இந்த ஒளிப்படிகங்கள், எலக்ட்ரானுக்கு எப்படி செமிகண்டக்டர்களோ அதுபோல ஒளிக்கு இவை. இந்த ஒளிப்படிகங்களின் வடிவமைப்புக்குத் தகுந்தாற்போல, ஒரு குறிப்பிட்ட அலைநீளம் கொண்ட ஒளியை கடத்தி மற்ற அலைநீளம் கொண்டவற்றை தடுத்துவிடுகின்றன. 1990இல் ஜான் இந்த ஒளிப்படிகங்களின் உள்ளே இருக்கும் சின்னச் சின்ன குறைகள் மூலம், இந்த ஒளியை இன்னும் அழகாக கட்டுப்படுத்தலாம் என்று ஆலோசனை கொடுத்தார்.

அன்றிலிருந்து, ஜோனோபவுலஸ் இந்த துறையில் ஒரு முன்னோடியாக மதிக்கப்படுகிறார். 1995ல் இந்த துறை சம்பந்தமாக Photonic Crystals: Molding the Flow of Light. என்ற ஒரு பாடப்புத்தகத்தை எழுதினார்.

ஜோனோபவுலஸின் குழு நிறைய முதல்சாதனைகளை இந்த துறையில் செய்திருக்கிறது. ஒவ்வொரு ஒளிநாறும் எடுத்துச்செல்லக்கூடிய செய்திகளை பலமடங்காக்கும் wavelength division multiplexing, or WDM, என்பதையும் இவர்களே கண்டுபிடித்தார்கள். உலகத்திலேயே மிகச்சிறிய லாசர் ஒளிக்கற்றையையும், எலக்ட்ரோமேக்னடிக் குழியையும், இருபரிமாண ஒளிப்படிகத்தையும் இவர்களே கண்டுபிடித்தார்கள். இவை எல்லாம் ஒளி சர்க்யூட்டுகளை (integrated optical circuits) கட்டுவதற்கு இன்றியமையாதவை.

இப்போது WDM போன்ற உபாயங்கள் மூலம் ஒளிநாறுக்குள் அதிகமாக அதிகமாக செய்திகளை திணித்துக்கொநு இருக்கிறார்கள். ஆனால் இதே வேகத்தில் போனால், இன்னும் 5 அல்லது 10 வருடங்களில் ஒளிநாறுக்குள் இன்னும் அதிகமாக செய்திகளை திணிக்க இயலாது என்றும் கணக்கிட்டு இருக்கிறார்கள்.

இதற்கு வேறு ஒரு குறுக்குவழியை ஜோனோபவுலஸின் குழு கண்டுபிடித்திருக்கிறது. இதற்கு ‘சுத்தமான கண்ணாடி ‘perfect mirror ‘ என்று அழைக்கிறார்கள். எல்லா அலைநீளம் உள்ள ஒளிகளையும் அப்படியே மாற்றாமல் பிரதிபலிக்கும் கண்ணாடிகள். ஓட்டை நாறுகளுக்குள் இந்த கண்ணாடிகளை வைத்தோமானால், இப்போது எடுத்துச்செல்லும் செய்திகள்போல இன்னும் 1000 மடங்கு அதிக செய்திகளை அழிவு இல்லாமல் எடுத்துச்செல்ல இயலும் என்று கணக்கிட்டு இருக்கிறார்கள். இதன் மூலம் ஒவ்வொரு 60 அல்லது 80 கிலோமீட்டருக்கு ஒருமுறை செய்தி ஆம்ப்ளிபையர் வைக்கும் வேலையும் காணாமல் போகும் என்றும் எண்ணுகிறார்கள்.

இப்போது ஜோனோபவுலஸ் இந்த ஒளிப்படிகங்களின் தேற்ற எல்லைகளை (theoretical limits) ஆராய முடிவு செய்திருக்கிறார். எவ்வளவு சின்னதாக இந்த படிகங்களைச் செய்யமுடியும் ? இதன் மூலம் ஒளியாலேயே ஒரு கணிணியைக் கட்ட இயலுமா போன்றவை இவை. இவை எல்லாம் செய்ய முடிந்தால் ஒரு புதிய உலகம் தோன்றும் என் கிறார் ஜான் ஜோனோபவுலஸ்.

Others in Microphotonics

Organization Project

Eli Yablonovitch (UCLA) Photonic crystals for optical and radio frequencies

Susumu Noda (Kyoto University, Japan) Optical integrated circuits

Axel Scherer (Caltech) Optical switches, waveguides and lasers

Nanovation Technologies (Miami) Integrated devices for telecom

Clarendon Photonics (Boston) Filters for WDM