Intel a UCSB - první hybridní křemíkový laser

18. 9. 2006 19:46    Rubrika: Tiskové zprávy

INTEL A UCSB VYTVOŘILY PRVNÍ HYBRIDNÍ KŘEMÍKOVÝ LASER NA SVĚTĚ

TISKOVÁ ZPRÁVA - v původním znění

Čip, který emituje a vede světlo, otevírá cestu k plošnému využití křemíkové fotoniky v počítačích a datových centrech budoucnosti

Výzkumní pracovníci společnosti Intel a Kalifornské university v Santa Barbaře (UCSB) vytvořily za použití běžných výrobních postupů světově první elektricky řízený hybridní křemíkový laser. Tento krok prolamuje jednu z posledních překážek výroby levných širokopásmových fotonických zařízení pro použití v počítačích a datových centrech budoucnosti.

Vědcům se podařilo v jednom čipu spojit schopnost fosfidu india vyzařovat světlo a schopnost křemíku světlo vést. Po připojení elektrického napětí světlo emitované fosfidem vstoupí do křemíkového světlovodu a vytvoří spojitý laserový paprsek, který lze využít k řízení dalších křemíkových fotonických zařízení. Polovodičový laser umožní širší využití fotoniky v počítačích, protože standardní velkoobjemová výroba polovodičů cenu laseru dramaticky sníží.

„Otevírá se nám cesta k levným datovým vedením s terabitovou kapacitou pro počítače budoucnosti a nové generace špičkově výkonných výpočetních aplikací,“ uvádí Mario Paniccia, ředitel laboratoře Photonics Technology Lab společnosti Intel. „Ačkoliv jsme stále poměrně daleko od uvedení komerčních produktů, jsme přesvědčeni, že bude možné integrovat desítky a možná stovky hybridních polovodičových laserů společně s dalšími fotonickými komponenty v jediném čipu.“

„Výzkumný program realizovaný společně s firmou Intel výborně ilustruje, jak může spolupráce průmyslu a školství dobře fungovat a vést k pokrokům ve vědě a technice,“ říká k tomu profesor John Bowers z UCSB. „Díky propojení naší znalostí fosfidu india a křemíkové fotoniky společnosti Intel bylo možné vytvořit novou strukturu laseru, která obsahuje spojení, jež lze použít na úrovni křemíkového plátu, části plátu i jednotlivé vrstvy, a tím pádem i k rozsáhlé integraci optických zařízení do jediného polovodičového produktu. Stojíme u vzniku vysoce integrovaných polovodičových fotonických čipů, které lze vyrábět masově, s nízkými náklady.“

Technické podrobnosti
Křemík se v dnešní době používá k masové produkci cenově dostupné digitální elektroniky. Využít jej lze rovněž k vedení, detekci, modulaci a dokonce i zesílení světla, ale ne k jeho tvorbě. V telekomunikační technice se dnes zase běžně využívají lasery založené na fosfidu india. Avšak vzhledem k tomu, že se musí ručně montovat a seřizovat, jsou pro masovou výrobu příliš drahé, a nelze je proto v PC průmyslu využít.

Hybridní křemíkový laser má novou strukturu, která k produkci a zesílení světla využívá materiál z fosfidu india a k vedení a řízení laserového paprsku křemíkový světlovod. Klíčem k výrobě tohoto zařízení je použití nízké teploty a kyslíkové plasmy (elektricky nabitého plynného kyslíku), která na povrchu obou materiálů vytvoří tenkou (zhruba 25 atomů silnou) vrstvu oxidu.

Při zahřátí a stlačení těchto vrstev zafunguje oxidová vrstva jako „skleněné lepidlo“, které oba materiály v čipu spojí. Po zapojení elektrického napětí světlo vytvořené v materiálu s fosfidem india kontaktní oxidovou vrstvou projde do křemíkového světlovodu, kde je dále řízeno – vzniká tak hybridní křemíkový laser. Celkový výkon a parametry světla z hybridního křemíkového laseru významnou měrou ovlivňuje konstrukce světlovodu.

Dnešní oznámení je dalším z řady úspěchů dlouhodobého výzkumného programu společnosti Intel, jehož cílem je „přenést fotoniku do křemíku“, a to za využití standardních postupů výroby polovodičů. V roce 2004 vědci společnosti Intel jako první předvedli křemíkový optický modulátor s šíří pásma přes 1 GHz, téměř 50x rychlejší než dříve představený křemíkový modulátor. V roce 2005 Intel představil polovodičový prvek, který lze použít jako zesilovač světla z externího zdroje, a vytvořit tak pomocí „Ramanova efektu“ spojitý laser v čipu.

Profesor John Bowers je profesorem Elektrické a počítačové techniky na Kalifornské universitě a s fosfidy india a lasery pracuje již přes 25 let. Jeho současný výzkum se zaměřuje na vývoj nových optoelektronických zařízení s datovým tokem až 160 Gb/s a postupy, jak v nových zařízeních s vyšším výkonem spojovat různé druhy materiálů.