Laser dla komputerów optycznych

Gdy już jest taki cienki, to bardzo łatwo można umieścić go na chipie - powiedział profesor Zhenqiang Ma o wyjątkowym laserze. Najnowsze dzieło amerykańskich specjalistów może zrewolucjonizować informatykę, pozwalając na znacznie szybszy transfer danych pomiędzy poszczególnymi elementami komputera.

Obecnie szybkość przekazywania danych jest ograniczona pojemnością miedzianych kabli. W telekomunikacji zastąpiono je już światłowodami, jednak przemysł półprzewodnikowy wciąż nie jest w stanie zastąpić impulsów elektrycznych światłem.

Prace nad miniaturowymi laserami, które można by umieścić na układzie scalonym, trwają od lat. Dotychczasowe projekty pozwalały na wyprodukowanie laserów o wysokości 15-30 mikrometrów, podczas gdy inne elementy układu scalonego mają wielkość liczoną w dziesiątkach nanometrów, czyli są 1000-krotnie mniejsze.

Nowy laser, autorstwa profesorów Zhenqianga Ma z University of Wisconsin-Madison oraz Weidonga Zhou z University of Texas at Arlington, ma zaledwie 2 mikrometry wysokości. Wspomniane urządzenie to laser VCSEL (vertical-cavity surface-emitting laser). Są one łatwiejsze w budowie oraz łatwiej jest je połączyć z takimi elementami jak np. światłowody niż inne lasery. Obszar czynny VCSEL składa się z naprzemiennie występujących warstw różnych materiałów. Tutaj stworzono go głównie z arsenku galowo-indowego. Większość z tego typu konstrukcji korzysta ze zwierciadła Bragga, czyli wielowarstwowej konstrukcji zbudowanej z warstw o różnym współczynniku załamania. Jednak to właśnie wykorzystanie zwierciadeł Bragga powodowało, że lasery były tak wysokie. Dlatego też Zhou i Ma z nich zrezygnowali i zastąpili je lustrami zbudowanymi z fotonicznych kryształów stworzonych z krzemu i powietrza.

Poszczególne elementy lasera były przenoszone na układ scalony za pomocą miękkiego polimeru. Najpierw umieszczano go na gotowym elemencie, a następnie gwałtownie podnoszono z przyklejonym doń podzespołem. Później element umieszczano na miejscu docelowym i powoli odrywano polimer. Ma i Zhou kładli pierwsze lustro bezpośrednio na układzie, a kolejne warstwy tworzyły wnęka rezonansowa i następne lustro. Całość jest utrzymywana razem dzięki zastosowaniu cienkich warstw tlenku krzemu. Obaj naukowcy zapewniają, że ich technika produkcji jest kompatybilna z technikami tworzenia układów scalonych przy których nie można stosować wysokich temperatur. To jedyny sposób na zbudowanie lasera w technice niskotemperaturowej - stwierdził Ma.

Nowy laser emituje światło o długości fali wynoszącej 1550 nanometrów, wykorzystywanej w telekomunikacji. Długość można zmieniać używając innych kryształów fotonicznych lub innych półprzewodników.

Zhou i Ma założyli firmę Semerane, której zadaniem jest skomercjalizowanie lasera. Ma to nastąpić w ciągu najbliższych 5 lat.