الفوتونية السيليكونية (Silicon Photonics
لم تعد الألياف البصرية الممدة إلى المنازل مجرد حلم



اخترق الطيار Chuck Yeager جدار الصوت في أكتوبر/تشرين الأول من العام 1947، وبعد ذلك بقليل نشأت رغبة لدى الجميع للطيران بسرعة. لكن مرّت حوالي عشرة سنوات أخرى قبل أن تحلق الطائرات النفاثة التجارية في الأجواء. ثم أصبحت سرعة الطائرات النفاثة غير كافية، فبدأ السباق من جديد على بناء طائرات أسرع من الصوت (supersonic). وكانت المشكلة، ولا تزال حتى الآن، أنه لم تتمكّن أية شركة صانعة للطائرات من بناء طائرات تجارية أسرع من الصوت، ومجدية من الناحية المالية.
تشبه علاقتنا بشبكة إنترنت علاقتنا بالطائرات إلى حد ما. فالعمود الفقري لهذه الشبكة (أنابيب الألياف البصرية الضخمة) التي تؤلف شبكة لحركة مرور الأمواج الضوئية، تصل بين جميع شبكات المدن في العالم تقريباً، يتمتّع بالسرعة الكافية، وبعرض حزمة احتياطي أيضاً، لكننا رغم ذلك، نطالب جميعاً بوصلات أسرع. وفي الواقع، نتوق جميعاً إلى تأمين وصلات أسرع بين منازلنا والعمود الفقري السريع، وهي المسافة المعروفة باسم الميل الأخير. لكن ما يمنعنا من تحقيق ذلك هو التكلفة العالية.
تعتبر الفوتونية السيليكونية واحدة من العديد من التقنيات التي يمكن أن تؤمّن وصولاً سريعاً جداً إلى شبكة إنترنت، إضافة إلى جعل خدمات الصوت والفيديو حقيقة واقعة. وتحمل الرقاقات المبنية على هذه التقنية حركة مرور الضوء بدلاً من حركة مرور الإلكترونات، وحركة فوتونات الضوء أسرع بكثير من الإلكترونات.
توجد اليوم بعض المناطق حديثة العهد في الولايات الأمريكية المتحدة التي تم تزويدها بخطوط من الألياف البصرية تحت الأرض، والتي يمكن استخدامها لتأمين وصلات بسرعة 40 ميجابت في الثانية لشبكة إنترنت، وتيارات الصوت والفيديو، وخدمات الصوت عبر الإنترنت (Voice over IP). وهذا ما يقضي بشكل نهائي على استخدام الكبلات التي تؤمن سرعات لا تزيد عن 1.5 ميجابت في الثانية كحد أقصى.
هذه الأنظمة عادة غالية الثمن وكبيرة الحجم، حيث تستهلك مساحات كبيرة في المقاسم المركزية (Central Office). وبالنسبة لمعظم الناس، ينتهي العمود الفقري المؤلف بأكمله من الألياف البصرية عند هذه النقطة. والمقاسم المركزية COs عبارة عن أبنية بلا نوافذ، تحتوي على صفوف من المقاسم التشابهية والرقمية. لكن هذه المقاسم المركزية لا مكان فيها لتجهيزات جديدة من شركات مثل سيسكو والكاتيل، كما أن شركات الهاتف لا تملك الموارد اللازمة لتقود عملية التطوير هذه. وقبل أن تنتشر الوصلات عالية السرعة على نطاق واسع، تحتاج الشركات المصنّعة إلى تصغير حجم التجهيزات وخفض تكلفة عتاد الألياف، أو في الأغلب خفض تكلفة الأجهزة الكهربائية البصرية الهجينة. وهنا يأتي دور الفوتونية المدمجة (integrated photonics)، وبشكل خاص الدارة البصرية المدمجة (integrated optical fiber, IOC). وتتألف دارة IOC من رقاقة بمنبع ضوئي، ومرشحات بصرية، وكاشفات فوتونات، وموجهات للأمواج البصرية.
تتنافس شركات مثل Avanex وCidra Corp. وNeoPhotonics وشركات أخرى، على طرح دارات IOC في الأسواق، لكن يبدو أنهم يواجهون تحديات علمية كبيرة. ويقول Kumar N. Sivarajan الرئيس التنفيذي لشركة Tejas Networks: "المشكلة في الفوتونية المدمجة هي أننا الآن في الوضع ذاته الذي كنا عليه في الأربعينيات بالنسبة للدارات المدمجة". ويتابع قوله: "نحتاج إلى بعض الاختراقات الرئيسية التي يمكن أن يكون لها تأثير على الفوتونية المدمجة، مثل تأثير الترانزستور على الدارات المدمجة والإلكترونيات".
وعلى الرغم من أن المردود قد يكون ضخماً، إلا أن الأمر كله يعتمد على الناحية الاقتصادية. وتعاني الشركات الأكثر خوضاً في عمليات البحث والتطوير، وهي عادة شركات صغيرة تبيع نتائج أبحاثها للشركات العملاقة، من مشكلات اقتصادية حساسة. وتقول Marlene Bourne المحللة الخبيرة في شركة الأبحاث In-Stat/MDR: "لا يوجد الآن الكثير من الطلب. وتحتاج هذه الشركات إلى الكثير لكي تتعرّف على السوق التي تتجسّد بين الشركات المقدمة للخدمة، والشركات الحاملة للخدمة".
من الممكن أن يساهم تحسّن الوضع الاقتصادي في تقديم بعض المساعدة لتسريع العمل وجلب الإمكانات الكامنة غير العادية للفوتونية السيليكونية إلى عتبة أبوابنا، وعاجلاً أفضل من آجلاً.
لم تعد الألياف البصرية الممدة إلى المنازل مجرد حلم



اخترق الطيار Chuck Yeager جدار الصوت في أكتوبر/تشرين الأول من العام 1947، وبعد ذلك بقليل نشأت رغبة لدى الجميع للطيران بسرعة. لكن مرّت حوالي عشرة سنوات أخرى قبل أن تحلق الطائرات النفاثة التجارية في الأجواء. ثم أصبحت سرعة الطائرات النفاثة غير كافية، فبدأ السباق من جديد على بناء طائرات أسرع من الصوت (supersonic). وكانت المشكلة، ولا تزال حتى الآن، أنه لم تتمكّن أية شركة صانعة للطائرات من بناء طائرات تجارية أسرع من الصوت، ومجدية من الناحية المالية.
تشبه علاقتنا بشبكة إنترنت علاقتنا بالطائرات إلى حد ما. فالعمود الفقري لهذه الشبكة (أنابيب الألياف البصرية الضخمة) التي تؤلف شبكة لحركة مرور الأمواج الضوئية، تصل بين جميع شبكات المدن في العالم تقريباً، يتمتّع بالسرعة الكافية، وبعرض حزمة احتياطي أيضاً، لكننا رغم ذلك، نطالب جميعاً بوصلات أسرع. وفي الواقع، نتوق جميعاً إلى تأمين وصلات أسرع بين منازلنا والعمود الفقري السريع، وهي المسافة المعروفة باسم الميل الأخير. لكن ما يمنعنا من تحقيق ذلك هو التكلفة العالية.
تعتبر الفوتونية السيليكونية واحدة من العديد من التقنيات التي يمكن أن تؤمّن وصولاً سريعاً جداً إلى شبكة إنترنت، إضافة إلى جعل خدمات الصوت والفيديو حقيقة واقعة. وتحمل الرقاقات المبنية على هذه التقنية حركة مرور الضوء بدلاً من حركة مرور الإلكترونات، وحركة فوتونات الضوء أسرع بكثير من الإلكترونات.
توجد اليوم بعض المناطق حديثة العهد في الولايات الأمريكية المتحدة التي تم تزويدها بخطوط من الألياف البصرية تحت الأرض، والتي يمكن استخدامها لتأمين وصلات بسرعة 40 ميجابت في الثانية لشبكة إنترنت، وتيارات الصوت والفيديو، وخدمات الصوت عبر الإنترنت (Voice over IP). وهذا ما يقضي بشكل نهائي على استخدام الكبلات التي تؤمن سرعات لا تزيد عن 1.5 ميجابت في الثانية كحد أقصى.
هذه الأنظمة عادة غالية الثمن وكبيرة الحجم، حيث تستهلك مساحات كبيرة في المقاسم المركزية (Central Office). وبالنسبة لمعظم الناس، ينتهي العمود الفقري المؤلف بأكمله من الألياف البصرية عند هذه النقطة. والمقاسم المركزية COs عبارة عن أبنية بلا نوافذ، تحتوي على صفوف من المقاسم التشابهية والرقمية. لكن هذه المقاسم المركزية لا مكان فيها لتجهيزات جديدة من شركات مثل سيسكو والكاتيل، كما أن شركات الهاتف لا تملك الموارد اللازمة لتقود عملية التطوير هذه. وقبل أن تنتشر الوصلات عالية السرعة على نطاق واسع، تحتاج الشركات المصنّعة إلى تصغير حجم التجهيزات وخفض تكلفة عتاد الألياف، أو في الأغلب خفض تكلفة الأجهزة الكهربائية البصرية الهجينة. وهنا يأتي دور الفوتونية المدمجة (integrated photonics)، وبشكل خاص الدارة البصرية المدمجة (integrated optical fiber, IOC). وتتألف دارة IOC من رقاقة بمنبع ضوئي، ومرشحات بصرية، وكاشفات فوتونات، وموجهات للأمواج البصرية.
تتنافس شركات مثل Avanex وCidra Corp. وNeoPhotonics وشركات أخرى، على طرح دارات IOC في الأسواق، لكن يبدو أنهم يواجهون تحديات علمية كبيرة. ويقول Kumar N. Sivarajan الرئيس التنفيذي لشركة Tejas Networks: "المشكلة في الفوتونية المدمجة هي أننا الآن في الوضع ذاته الذي كنا عليه في الأربعينيات بالنسبة للدارات المدمجة". ويتابع قوله: "نحتاج إلى بعض الاختراقات الرئيسية التي يمكن أن يكون لها تأثير على الفوتونية المدمجة، مثل تأثير الترانزستور على الدارات المدمجة والإلكترونيات".
وعلى الرغم من أن المردود قد يكون ضخماً، إلا أن الأمر كله يعتمد على الناحية الاقتصادية. وتعاني الشركات الأكثر خوضاً في عمليات البحث والتطوير، وهي عادة شركات صغيرة تبيع نتائج أبحاثها للشركات العملاقة، من مشكلات اقتصادية حساسة. وتقول Marlene Bourne المحللة الخبيرة في شركة الأبحاث In-Stat/MDR: "لا يوجد الآن الكثير من الطلب. وتحتاج هذه الشركات إلى الكثير لكي تتعرّف على السوق التي تتجسّد بين الشركات المقدمة للخدمة، والشركات الحاملة للخدمة".
من الممكن أن يساهم تحسّن الوضع الاقتصادي في تقديم بعض المساعدة لتسريع العمل وجلب الإمكانات الكامنة غير العادية للفوتونية السيليكونية إلى عتبة أبوابنا، وعاجلاً أفضل من آجلاً.