Intel: hibrid-alapú szilícium lézer

Az Intel kutatói és a Santa Barbara-i Kaliforniai Egyetem szabványos szilícium felhasználásával közösen kifejlesztették a világ első elektronikus hibrid szilícium lézerét, mely áttörés a számítógépes és adatközpontoknagy sávszélességű, szilícium alapú fotonikus eszközeinek belső használatában.

A kutatók egyetlen hibrid chipben ötvözték az indium-foszfát fénykibocsátó képességét a szilícium fényvezető képességével. Feszültség keletkezésekor az indium-foszfátban fény keletkezik, az a szilícium hullámvezetőbe jutva folyamatos lézersugarat bocsát ki, amely más szilícium alapú fotonikus eszközök működtetésére is alkalmas. A szilícium alapú gyártási technológia tömeges alkalmazása révén a költségek jelentős mértékben csökkenthetők, így a szilícium alapú lézernek köszönhetően a fotonika számítástechnikai használata várhatóan szélesebb körben fog elterjedni.

"A jövő számítógépeiben alacsony költségű, terabit szintű optikai 'adatcsöveket' hozhatunk létre és hozzájárulhatunk a számítástechnikai alkalmazás új korszakához" - nyilatkozta Mario Paniccia, az Intel Fotonikai Kutató Laboratóriumának vezetője. "Még messze állunk a kereskedelmi forgalomtól, ám hisszük, hogy tucatnyi, akár több száz hibrid szilícium alapú lézer integrálható más szilícium alapú, fotonikus komponensekkel egyetlen szilícium chipben."

"Olyan újfajta, kötésmódszeren alapuló lézer szerkezet mutatunk be, amely nemcsak wafer, parciális wafer vagy lapka szinten alkalmazható, de megoldást jelenthet a szilícium felületű nagyarányú optikai integrációra is, amely a magas szinten integrált szilícium alapú fotonikus chipek alacsony költségű tömeggyártásának kezdetét is jelentheti" - mondta John Bowser, a Santa Barbarai Kaliforniai Egyetem professzora.

Bár a tömeggyártás manapság csak a digitális elektronika területén fizethető meg, a szilícium a fény vezetésére, felismerésére, modulálására, sőt annak felerősítésére is alkalmazható. Ezzel ellentétben az indium-foszfát alapú lézert manapság gyakran használják a telekommunikációs eszközök gyártásánál, azonban ennek egyenkénti összegyűjtése, illetve módosítása jelentős mértékben megnöveli a használat költségeit, ezzel szemben az informatika nagy mennyiségben és alacsony költség mellett képes kihasználni.

A szilícium hullámvezető használatával a hibrid szilícium alapú lézer fény generálására és erősítésére egy újfajta szerkezetű indium-foszfát alapú anyagot hoz létre, a lézert visszatartására és szabályzására. Ahhoz, hogy ezt az eszközt alacsony hőmérsékleten, oxigén plazmával (mely elektronikusan feltöltött oxigén gáz) legyárthassák, egy vékony oxigén réteget hoznak létre az anyagok felületén (körülbelül 25 atomnyi vastagságban).



A felhevítést és a préselést követően az oxigénrétegek 'üvegragasztóként' funkcionálnak és a két anyagot egyetlen egy chipbe egyesítik. Feszültség generálása során az indium-foszfát alapú anyagban fény keletkezik, amely az oxigén 'üvegragasztó' rétegen áthaladva egy szilícium hullámvezetőbe kerül, ahol visszatartják és szabályozzák azt, létrehozva a hibrid szilícium alapú lézert. A hullámvezető alakja határozza meg a hibrid szilícium alapú lézer teljesítményét és annak speciális hullámhosszát.

A mai bejelentés az Intel korábbi, szabványosított szilícium-gyártási folyamatokon alapuló, foton-kutatásának eredménye. 2004-ben a cég kutatói voltak az elsők, akik bemutatták a szilícium alapú, 1 GHz szélessávú optikai modulátort, amely ötvenszer gyorsabb, mint a korábban bemutatott szilícium változatok. Szintén az Intel kutatói demonstrálták elsőként 2005-ben, hogyan képes a szilícium a fényt felerősíteni egy külső fényforrás segítségével, és egy folyamatos hullám gerjesztésével, a "Raman hatáson" alapulva létrehoztak a lézer chipet.