Все новости от 17 февраля 2005 г.

Intel продемонстрировала кремниевый лазер

Компания изготовила с применением стандартных технологических процессов микросхему, содержащую восемь лазеров Рамана непрерывного действия. Сегодня для изготовления лазеров используются дорогостоящие процессы и материалы. Дешевые оптические элементы не только ускорят работу компьютеров, но и позволят создать более дешевое и точное медицинское оборудование.

Хотя на рынке кремниевые лазеры появятся не раньше, чем через четыре-пять лет, новый чип должен вызывать энтузиазм и интерес в отрасли. «Это научный и психологический прорыв, так как никто не думал, что это возможно, — говорит директор лаборатории фотоники Intel Марио Паничча. — Ведь кремний не считается хорошим оптическим материалом».

Intel хочет использовать оптические каналы для связи между компьютерами, процессорами или даже отдельными компонентами одного чипа. В прошлом году компания продемонстрировала кремниевый модулятор, который Intel старается сделать столь же быстродействующим, как современные модуляторы из других материалов. «Речь идет о том, чтобы взять модулятор, который стоит $2000, и поместить его на кристалл, так чтобы все необходимые детали находились в одном корпусе, — поясняет аналитик Gartner Мартин Рейнольдс. — Ясно, что такое устройство найдет широкое применение».

Более общее намерение Intel заключается в том, чтобы использовать свои заводы по производству микросхем для изготовления кремниевых чипов, способных не только подсчитывать единицы и нули, но и делать анализ крови или выполнять механические операции.

Передача данных посредством света имеет огромные преимущества. В оптическом волокне выделяется гораздо меньше тепла по сравнению с электрическими проводниками, а его пропускная способность значительно выше. Однако оптические компоненты дороги в производстве и требуют экзотических материалов III-V. Сборка систем из таких элементов тоже остается трудной задачей.

Профессор Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Джалаи Бахрам отмечает, что лазеры Рамана могут значительно упростить эту задачу и сократить расходы. Сам он изобрел первый кремниевый лазер Рамана. (Изобретение Intel отличается тем, что ее лазер дает непрерывный луч.)

Для современного оптического оборудования требуется, чтобы оптоволокно, которое служит источником света, располагалось в точности на одной оси с лазером, говорит старший менеджер Intel по стратегии кремниевой фотоники Виктор Крутул. Две трети стоимости готового оптического оборудования приходится на сборку и тестирование. Кремний с его массовым производством способен решить многие проблемы. Он допускает пассивное выравнивание: в чипе, содержащем кремниевый лазер, можно сделать канавку, а затем вставлять туда волокно, — дешево и точно.

В некоторых отношениях лазер Рамана идеально подходит для кремния. В общих чертах эффект Рамана, открытый в 1928 году Нобелевским лауреатом Чандрасекхарой Венкатой Раманом, заключается в следующем. Свет, падая на подложку, вызывает вибрацию атомов. В результате соударений некоторые фотоны приобретают или теряют энергию, что приводит к вторичному излучению на другой длине волны. По существу, лазер Рамана собирает этот вторичный свет, а затем усиливает его (путем отражения света и накачки в систему энергии), выдавая рабочий луч.

Благодаря кристаллической структуре кремния, его атомы хорошо вибрируют при облучении светом. В кремнии эффект Рамана проявляется в 10 тыс. раз сильнее, чем в обычном стекле, что значительно упрощает усиление. К сожалению, это преимущество сводится на нет другим свойством кремния. Когда в его атом ударяют сразу два фотона, этот атом испускает электрон. Потерянные электроны создают в материале облако, которое поглощает излучаемый свет. Чтобы решить эту проблему, вокруг кремниевой камеры создается электрическое поле, которое отводит облако, что позволяет ловить, усиливать и излучать свет.

В экспериментальном лазере кремний не генерирует физический световой луч, а служит проводником для создания и усиления вторичного света. Хорошим генератором света кремний не назовешь. «Это другой способ решения проблемы излучения света», — говорит Паничча из Intel.

В этом чипе используется технология «кремний на изоляторе», которую предложила IBM, а Intel то и дело критикует как неэффективную для микропроцессоров. Если изготовить его по стандартной кремниевой технологии, это еще больше удешевит массовое производство лазеров, так как их можно будет производить на тех же заводах, что и микросхемы флэш-памяти или чипсеты.

«Многие пытались изготовить кремниевый лазер самыми разными способами, и уже появился некоторый скептицизм. Но вот мы видим настоящий кремниевый лазер. Для него не было прямой замены — что приблизило бы создание полностью кремниевой технологии — в кремниевом арсенале эта деталь отсутствовала, — говорит профессор Университета Суррея в Англии Грэм Рид. — Кремний зарекомендовал себя как массовый дешевый материал. Только посмотрите, какими дешевыми стали электронные устройства».

Intel усовершенствовала технологию и других кремниевых деталей для оптической индустрии. В прошлом году при демонстрации кремниевого модулятора он работал со скоростью 1 Гбит/с. Три недели назад компания опубликовала данные о модуляторе с пропускной способностью 2,5 Гбит/с, а теперь появились сведения о 4-Гбит модуляторе. Современные коммерческие модуляторы работают с частотой 10 ГГц.

Статья с более подробным описанием лазера будет опубликована в среду в журнале Nature, где в 1928 году была помещена оригинальная работа об эффекте Рамана, а в 1960 году — описание первого в мире лазера.

Исследователи Intel получили первый в мире кремниевый чип, способный создавать высококачественный непрерывный лазерный луч. На одном кристалле размещаются восемь лазеров.

Свет усиливается внутри чипа, а лазерный луч выходит через тонкое оптическое волокно справа. Два тонких металлических щупа активизируют электронное устройство, которое удаляет лишние электроны, позволяя лазеру испускать луч света.

 Предыдущие публикации:

 В продолжение темы:

Обсуждение и комментарии

	Александр С 17 Feb 2005 11:51 PM
Эх жалко 15 лет назад у меня небыло денег запатентовать оптический способ связи между узлами чипа или чипами на плате. Сколько таких идей еще пылиться в моей записной книжечке... Скоро бы пришлось интелу у меня права на это покупать. :(
	xfs 20 Feb 2005 8:44 PM
ага. еще большие корпорации ужасно боятся твоих записей про перпетуум мобиле в твоей зап. книжке. но ты не стесняйся, чего уж там. публикуй-патентуй. все равно...
	Black GNOME. 24 Feb 2005 12:11 PM
2 Александр С а сколько у вас имеется патентов? "не было" денег. самая правильная отмазка. побеждает сильнейши - или багатейший. но мне кажется этой ИДЕИ ( опубликованной или просто ИЗвестной) УЖЕ ЛЕТ 20.. как только появилсиь первы оптические каналы связи. но дупасти бы запетентовали? и за сколько бы бы продали это свой патенты инетелу( нет не сейчас а лет 10 назад?)