Intel bygger laser av silisium

Intel har konstruert en kontinuerlig laser laget med ved hjelp av standard silisiumprosesser.

Laser benyttes i mange sammenhenger innen data- og kommunikasjonsteknologien. Mest kjent er trolig bruken av laser i CD- og DVD-spillere. Problemet med dagens lasere er at de er laget ved hjelp av relativt kostbare teknikker og materialer.

Torsdag annonserte Intel at selskapet har laget verdens første silisiumlaser med kontinuerlig bølge ved å benytte standard produksjonsprosesser for silisium. Håpet er at gjennombruddet kan føre til at det blir mulig å lage billige lasere av høy kvalitet som kan benyttes innen områder som databehandling, kommunikasjon og medisinsk utstyr.

Gjennombruddet er beskrevet i utgaven av magasinet Nature, som ble utgitt i går. Artikkelen og mye annen informasjon relatert til forskningen er tilgjengelige på denne siden.

Det Intels forskere har gjort, er å finne en måte å bruke den såkalte Raman-effekten og silisiums krystalinske struktur til å forsterke lys som passerer gjennom det. Når den eksperimentelle brikken fylles med lys fra en en ekstern kilde, produserer den ifølge Intel en kontinuerlig laserstråle med høy kvalitet.

Raman-effekten ble oppdaget av Chandrasekhara Venkata Raman i 1928.

Selv om det minst vil gå fire-fem år før silisiumlaseren blir et kommersielt produkt, mener Intel at brikken, blant annet ved å åpne for rimelige, optiske enheter som flytter data inne i og mellom datamaskiner med lysets hastighet, varsler en flodbølge av nye bruksområder for høyhastighets databehandling.

- Bruken av høykvalitets lysteknikkenheter har vært begrenset fordi de er kostbare å produsere og sette sammen. Denne forskningen er et stort skritt i retning av å bringe fordelene med rimelig silisiumbaserte, optiske enheter med høy båndbredde til massemarkedet, sier Mario Paniccia, direktor ved Intels Photonics Technology Lab.

Intel spår at framtidens PC-er kan komme til å inneholde små lasere, forsterkere og optiske koblinger som flytter terabytes med data rundt omkring i datamaskinen og på tvers av nettverk. I tillegg er lys ved visse bølgelengder optimale for interaksjon med menneskelig vev. For eksempel vil en type laserbølgelengde være egnet for å arbeide med tannkjøtt, mens en annet er egnet for å grave ut hull i tennene. Dagens lasere koster flere tusen dollar per stykk, noe som gjør at få tannleger har tatt dem i bruk.

Et eksempel på hvordan man kan lage en silisiumlaser med flere stråler av én eneste pumpestråle. En pumpestråle som inneholder flere bølgelengder (tilsvarende vanlig hvitt lys) kan drive fiere lasere med ulike bølgelengder ved hjelp av Raman-effekten.

Man kan bygge en Raman-laser i silisium ved først å radere ut en bølgeleder - en slags lyskanal, på brikken. Silisium er gjennomsiktig for infrarødt lys, slik at når lyses rettes inn i en bølgeleder, kan det oppbevares og ledes gjennom brikken.

I likhet med den første laseren som ble oppfunnet i 1960, benytter Intels forskere en ekstern lyskilde for å "pumpe" lys inn i brikken. Etter hvert som lys pumpes inn, vil silisiumatomenes naturlige vibrering forsterke lyset etter hvert som det passerer gjennom brikken. Denne forsterkningen - Raman-effekten, er mer enn 10.000 ganger sterkere i silisium enn i fiberglass.

Raman-lasere og -forsterkere benyttes i dag innen telekomindustrien, men krever kilometerlange fibre for å forsterke lyset. Ved å benytte silisium, var Intels forskere i stand til å det samme i en silisiumbrikke som bare er noen centimeter stor.

En bred definisjon på en laser, er enhver enhet som stråler ut en intens, koherent lysstråle - det vil si at alle fotonene har samme bølgelengde, fase og retning. Ved å dekke sidene i brikken med et reflekterende tynnfilmmateriale, tilsvarende det som brukes på solbriller av høy kvalitet, var Intels forskningsteam i stand til å oppbevare og forsterke lyset slik at det spratt fram og tilbake inne i brikken. Når de økte energimengden, ble et kritisk terskelnivå oppnådd. Nesten umiddelbart etter dette ble en svært nøyaktig stråle av koherent lys "skutt" ut av brikken.

I begynnelsen opplevde forskerne forsøk på å øke forsterkningen bare var mulig inntil effekten på det innpumpede lyset nådde et visst punkt. Da kunne man til og med merke en reduksjon i forsterkningen. Årsaken er en fysisk prosess som kalles "to-foton absorbering", som oppstår når to fotoner fra pumpestrålen samtidig treffer et atom og slår vekk et elektron. Disse overflødige elektronene bygges opp over tid og samles i bølgelederen inntil de absorberer så mye lys at forsterkningen stopper.

Intel har løst dette ved å integrere en halvlederstruktur som teknisk kalles en PIN-enhet (P-type - Intrinsic - N-type) i bølgelederen. Når en spenning tilføres PIN-enheten, fungerer den som et vakuum og fjerner mesteparten av de overflødige elektronene.

Til toppen