ก้าวกระโดดครั้งใหญ่ในวงการ Silicon Photonics: ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียสร้าง “แหล่งกำเนิดแสงความถี่หลายช่อง” (Frequency Comb) กำลังสูงบนชิปได้สำเร็จ

ทีมนักวิจัยที่นำโดย ศาสตราจารย์ Michal Lipson จาก Columbia University ได้ประกาศความสำเร็จครั้งสำคัญในงานวิจัยด้าน Silicon Photonics ซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Nature Photonics ล่าสุด โดยพวกเขาสามารถสร้าง แหล่งกำเนิดแสงแบบ Frequency Comb กำลังสูง ที่ถูกรวมอยู่ โดยตรงบนชิปซิลิคอน ได้เป็นครั้งแรก

เทคโนโลยีนี้สามารถสร้างแสงได้ “หลายความยาวคลื่น” จากเลเซอร์เพียงตัวเดียว ซึ่งมีศักยภาพในการ แทนที่การใช้เลเซอร์หลายตัว ที่มักพบในโมดูลส่งสัญญาณแสง (Optical Transceiver) แบบดั้งเดิม — ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งใหญ่สำหรับระบบเชื่อมต่อด้วยแสงในศูนย์ข้อมูลและงานด้าน AI

เปลี่ยนเลเซอร์กำลังสูงให้กลายเป็นแหล่งแสงหลายความยาวคลื่น

โดยทั่วไปแล้ว ชิป Silicon Photonics สามารถรวมส่วนประกอบหลัก เช่น waveguide, modulator, และ photodetector เอาไว้ได้ในตัว (เช่นในสถาปัตยกรรม Co-Packaged Optics หรือ CPO)
แต่ยังคงต้องพึ่งพา แหล่งกำเนิดเลเซอร์ภายนอก ซึ่งมักต้องใช้หลายตัวเพื่อให้ได้หลายความยาวคลื่น

สิ่งที่ทีมของ Lipson ทำได้โดดเด่น คือการสร้าง แหล่งกำเนิดแสงหลายความยาวคลื่นแบบเสถียรบนชิปโดยตรง

พวกเขาใช้ เลเซอร์ไดโอดแบบหลายโหมด (Multimode Laser Diode) เป็นแหล่งกำเนิดแสงกำลังสูง ซึ่งปกติแล้วแสงจากเลเซอร์ลักษณะนี้จะไม่คงที่ แต่ทีมวิจัยได้พัฒนากลไก “การล็อกความถี่” (locking mechanism) ที่ช่วย ทำให้ลำแสงเสถียรและบริสุทธิ์ขึ้น โดยใช้โครงสร้าง photonic บนซิลิคอนเพื่อปรับรูปร่างของแสงให้มี ความคงตัวและความเชื่อมโยงของคลื่นสูงขึ้น

จากนั้น ทีมวิจัยใช้ ปรากฏการณ์ไม่เชิงเส้นของแสง (nonlinear optical effect) ภายในชิป เพื่อแยกแสงลำเดียวให้กลายเป็น หลายความยาวคลื่นที่จัดเรียงห่างเท่า ๆ กัน จนเกิดเป็นสิ่งที่เรียกว่า frequency comb

ผลลัพธ์ที่ได้คือแหล่งกำเนิดแสงที่ มีกำลังสูง เสถียร และมีหลายช่องสัญญาณในขนาดเล็กมาก — ช่วยลดทั้งขนาดของอุปกรณ์และการใช้พลังงานอย่างมหาศาล

ก้าวสำคัญสู่ยุคใหม่ของศูนย์ข้อมูลและ AI

ในขณะที่เทคโนโลยี AI และ HPC (High-Performance Computing) กำลังทำให้ศูนย์ข้อมูลทั่วโลกใช้พลังงานมากขึ้นอย่างรวดเร็ว “การเชื่อมต่อด้วยแสง” (Optical Interconnect) จึงกลายเป็นคำตอบสำคัญในการลดการใช้พลังงานและเพิ่มแบนด์วิธ

โมดูลเชื่อมต่อแบบเดิมมักใช้เลเซอร์มากกว่าสิบตัว ซึ่งเพิ่มทั้งต้นทุนและความร้อน แต่เทคโนโลยีของทีม Lipson อาจทำให้สามารถสร้าง โมดูลออปติคบนชิปเดียว ได้จริงในอนาคต — ปูทางสู่ แพ็กเกจ CPO และ Optical Transceiver ขนาดเล็กในเซิร์ฟเวอร์ยุคใหม่

นอกจากนี้ นักวิจัยยังระบุว่า เทคโนโลยีนี้อาจต่อยอดไปสู่การใช้งานในด้าน สเปกโทรสโกปี (Spectroscopy), การตรวจวัดเชิงควอนตัม (Quantum Sensing) และ LiDAR ได้อีกด้วย

ด้วยการผสานแหล่งกำเนิดแสง การส่งสัญญาณ และการประมวลผลเข้าด้วยกันบนแพลตฟอร์มเดียว — โลกของ Silicon Photonics กำลังเดินหน้าเข้าสู่ยุคใหม่ของประสิทธิภาพที่สูงกว่าเดิม และการรวมระบบที่แน่นแฟ้นกว่าที่เคย

ที่มา: TrendForce