Инженеры-электрики, университета штата The University of Texas в Арлингтоне и университета University of Wisconsin-Madison, разработали новый лазер для встроенных оптических соединений, который увеличит скорость и энергетическую эффективность компьютера. Свои выводы они опубликовала в журнале Nature Photonics.
Высотой всего 2 мкм, меньше толщины человеческого волоса, поверхностно-излучающий лазер будет дешевле и проще в производстве для интеграции высокоскоростной передачи данных по оптическим соединениям в микропроцессор компьютера.
Традиционно, лазер c торцевым излучением считается лучшим для встроенной оптической линии связи. Но, т.к. в таких лазерах трудно сформировать отражатели из-за большой площади кристалла в лазере, то ученым приходиться искать все новые пути для создания монолитного интегрирования отражателей в кремниевом кристалле.
Поверхностно-излучающий лазер обеспечивает высокоскоростную оптическую линию связи в оперативной памяти компьютера, его высота может составлять от 20 до 30 мкм.
Но его расположение на кремнии, совершенно неприемлемо. К тому же еще одной проблемой стала, интеграция света в кремниевые кристаллы, ведь кремний как излучатель света совсем не эффективен.
И последние года профессора Чжоу и Ма работали над тем, чтобы уменьшить встроенный лазер. Как решение, ученые предлагают заменить слои, поскольку слои отражателей необходимы в распределенном брэгговском отражателе в конструкции лазера с двумя высоко отражающими отражателями фотонных кристаллов. Они состоят из полупроводниковых соединений квантовой ямы, где каждый отражатель фиксируется на кремниевой наномембране, очень тонком слое кремния.
Чжоу говорит, что интеграция сложных полупроводников квантовых ям с кремнием является очень перспективным подходом. Один слой фотонного кристалла равен примерно 15 — 30 слоям диэлектрических отражателей в обычных лазерах. В результате мы можем изготовить лазер для передачи данных, высотой 2-микронна.
Оптические каналы передачи данных уже существует в крупных масштабах сети передачи данных, например Интернет, он работает за счет волоконно-оптической связи со странами, городами и домами. Но в настоящее время, эти данные передаются по довольно медленным соединениям и проводам, и переходят от регионального центра в ваш дом, компьютер, и, в конечном счете, оперативную память микропроцессора. «В будущем, каждый такой шаг будет оптическим», говорит Ма.
Они надеяться запустить процесс производства встроенного фотонно-кристаллического лазера, который со временем станет частью нового поколения высокоскоростных процессоров компьютера.
Ма утверждает, что такой лазер сделает передачу данных более доступной». А сосуществование фотоники и электроники на уровне кристалла обеспечит многофункциональные энергосберегающие микросхемы в компьютерных, коммуникационных, сенсорных и других технологиях.