美設計出用于光學數(shù)據(jù)連接的微型激光器
2012-07-27
據(jù)物理學家組織網(wǎng)7月23日報道，美國科學家在7月22日出版的《自然·光子學》雜志上撰文指出，他們設計出一種僅2微米高的新式表面發(fā)射激光器，可以實現(xiàn)單一芯片上的光學連接。新激光器“嬌小”的外形讓制造商們更容易在下一代計算機的微處理器上實現(xiàn)高速的光學數(shù)據(jù)連接，且成本更低，最終顯著提高計算機的運行速度和能效。
對于計算機內(nèi)核之間的高速光學連接來說，表面發(fā)射激光器不可或缺。但目前的表面發(fā)射激光器高達20微米到30微米，這樣高的激光器像一座塔壓在芯片上。
威斯康辛大學麥迪遜分校電子和計算機工程系教授馬振強(音譯)和德州大學阿靈頓分校電子工程系教授周偉東(音譯)一直在努力為表面發(fā)射激光器“瘦身”。他們提出了一種解決方案：用兩個高反光的光子晶體鏡替代傳統(tǒng)的分布布拉格反射激光器設計必需的反射器層。每個鏡子都由復雜的半導體量子勢阱材料組成且都同硅納米膜(相當薄的硅層)放置在一起，再采用一個納米膜轉(zhuǎn)化打印過程為激光器“瘦身”。一層光子晶體相當于傳統(tǒng)激光器中15到30層介質(zhì)反射器，這樣，他們就制成這種2微米高、用于光學數(shù)據(jù)連接的激光器，其性能可同目前的激光器相媲美。
除了塊頭更大之外，傳統(tǒng)激光器的反射器都由只能在極高溫度下生長的材料制成，這意味著在制造過程中，承載它們的芯片可能會遭到破壞。而新激光器通過轉(zhuǎn)化打印過程制造，可在極低的溫度下進行，而且其將光學連接集成在芯片上所耗費的材料、時間和精力都更少。
目前，光學數(shù)據(jù)連接已出現(xiàn)在最大規(guī)模的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中，但是，當這些光學數(shù)據(jù)要到達家庭，會遭遇速度更慢的金屬連接和電線。馬振強說：“未來，你將看到數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿恳徊蕉加晒鈱W主導，最后一步位于芯片內(nèi)，也有光學連接。”
周偉東和馬振強創(chuàng)辦了新興企業(yè)Semerane公司，他們希望通過該公司生產(chǎn)出這種功能性的新激光器，讓其最終成為下一代高速計算機處理器的一部分。
馬振強指出：“我們相信這個激光器會使光學數(shù)據(jù)連接更普遍。光子學和電子學共存于一塊芯片上將使多功能高能效的超級芯片成為可能，這些芯片可用于計算、通訊、傳感、成像等領域。另外，配備了新激光器的處理器也有望提高信息高速公路的速度。”
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