Pierwszy na świecie hybrydowy laser krzemowy

Inżynierowie firmy Intel, we współpracy z naukowcami z University of California w Santa Barbara (UCSB) zbudowali pierwszy na świecie, zasilany elektrycznie hybrydowy laser krzemowy wytworzony z użyciem standardowego procesu produkcyjnego. W ten sposób pokonano jedną z ostatnich barier, jakie stały na drodze do stworzenia tanich, wysokowydajnych urządzeń, wykorzystujących technologie fotonowe, które będą mogły znaleźć zastosowanie w przyszłych generacjach komputerów i centrów obliczeniowych. Nowy układ wykorzystuje właściwości emitującego światło fosforku indu oraz ukierunkowujące fale świetlne falowody krzemowe. Pod wpływem energii elektrycznej fosforek indu wysyła promieniowanie świetlne, które trafia do krzemowego falowodu, dzięki czemu możliwy do uzyskania staje się ciągły promień laserowy, mogący być wykorzystany przez inne urządzenia fotonowe. Dzięki standardowemu procesowi technologicznemu koszt wytwarzania laserów krzemowych będzie mógł być bardzo niski, co powinno znacznie przyspieszyć wprowadzenie
technologii fotonowych do przyszłych komputerów. “Wyprodukowanie lasera krzemowego może być początkiem całkowicie nowej ery w dziedzinie komputerów – tanie magistrale danych o terabitowych przepustowościach są już w naszym zasięgu” - powiedział Mario Paniccia, dyrektor Laboratorium Technologii Fotonowych w Intelu. “Co prawda musi upłynąć jeszcze nieco czasu zanim tego typu urządzenia trafią do produkcji masowej, ale już dziś wiadomo, że w pojedynczym chipie można zamknąć tuziny, jeśli nie setki hybrydowych laserów krzemowych oraz innych krzemowych urządzeń fotonowych”. “Nasz wspólny z Intelem program badawczy pokazuje, jak przemysł i środowiska naukowe mogą i powinny współpracować” - powiedział prof. John Bowers, z UCSB. “Bogate doświadczenia naszego uniwersytetu w pracach nad fosforkiem indu oraz ogromna wiedza inżynierów Intela w temacie fotoniki krzemowej pozwoliły na stworzenie lasera o całkowicie nowej strukturze, który dzięki niskim kosztom wytwarzania może całkowicie zmienić oblicze technologii
komputerowych.” Szczegóły techniczne Krzem jest dziś powszechnie wykorzystywany do produkcji tanich układów elektronicznych. Jego możliwości ukierunkowywania, modulowania, a nawet wzmacniania fal świetlnych pozostawały jednak jak dotąd wykorzystywane tylko w niewielkim stopniu. Lasery oparte na fosforku indu są natomiast powszechnie wykorzystywane w sprzęcie telekomunikacyjnym. Wymagają one jednak skomplikowanego montażu i regulacji, co sprawia, że ich wykorzystanie na masową skalę jest niemożliwe ze względu na wysokie koszty. Hybrydowy laser krzemowy wykorzystuje fosforek indu do generowania fal świetlnych oraz krzemowy falowód do zapewnienia ciągłości i kontroli promienia lasera. Urządzenie produkowane jest z wykorzystaniem schłodzonej plazmy tlenowej (naładowanego elektrycznie tlenu) w celu uzyskania cienkiej (o grubości ok. 25 atomów) warstwy tlenku na powierzchniach obu materiałów. Po podgrzaniu i ściśnięciu warstwa tlenku działa jak “szklany klej”, łącząc oba składniki lasera w pojedynczy chip. Po
przyłożeniu napięcia, światło wygenerowane przez fosforek indu przechodzi przez warstwę “szklanego kleju” do krzemowego falowodu, gdzie jest zatrzymywane i formowane w stabilną, stałą wiązkę hybrydowego lasera krzemowego. Opracowanie lasera krzemowego nie jest pierwszym osiągnięciem Intela w dziedzinie fotoniki krzemowej z wykorzystaniem standardowych, półprzewodnikowych procesów produkcyjnych. W 2004 r. naukowcy z laboratoriów firmy Intel jako pierwsi na świecie zademonstrowali zbudowany w oparciu o krzem modulator optyczny pracujący z częstotliwością powyżej 1 GHz, a więc ok. 50 razy szybciej niż wcześniejsze dokonania w tej dziedzinie. W 2005 r. natomiast inżynierowie Intela jako pierwsi wykorzystali krzem do wzmacniania fal świetlnych pochodzących z zewnętrznego źródła. Prof. John Bowers wykłada inżynierię elektryczną i komputerową na UCSB. Pracuje nad wykorzystaniem fosforku indu w laserach od ponad 25 lat. Obecnie jego zespół pracuje nad nowatorskimi urządzeniami optoelektronicznymi pozwalającymi na
transfer danych z prędkością 160 Gb/s.