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美設(shè)計(jì)出可用于光學(xué)數(shù)據(jù)連接的微型激光器

   2025-03-19 中國科學(xué)院651
  美國科學(xué)家在7月22日出版的《自然·光子學(xué)》雜志上撰文指出,他們設(shè)計(jì)出一種僅2微米高的新式表面發(fā)射激光器,可以實(shí)現(xiàn)單一芯片上的光學(xué)連接。新激光器“嬌小”的外形讓制造商們更容易在下一代計(jì)算機(jī)的微處理器上實(shí)現(xiàn)高速的光學(xué)數(shù)據(jù)連接,且成本更低,最終顯著提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度和能效。

  對(duì)于計(jì)算機(jī)內(nèi)核之間的高速光學(xué)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(dá)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(xué)麥迪遜分校電子和計(jì)算機(jī)工程系教授馬振強(qiáng)(音譯)和德州大學(xué)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(gè)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(shè)計(jì)必需的反射器層。每個(gè)鏡子都由復(fù)雜的半導(dǎo)體量子勢阱材料組成且都同硅納米膜(相當(dāng)薄的硅層)放置在一起,再采用一個(gè)納米膜轉(zhuǎn)化打印過程為激光器“瘦身”。一層光子晶體相當(dāng)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(xué)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(huì)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(jìn)行,而且其將光學(xué)連接集成在芯片上所耗費(fèi)的材料、時(shí)間和精力都更少。

  目前,光學(xué)數(shù)據(jù)連接已出現(xiàn)在最大規(guī)模的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中,但是,當(dāng)這些光學(xué)數(shù)據(jù)要到達(dá)家庭,會(huì)遭遇速度更慢的金屬連接和電線。馬振強(qiáng)說:“未來,你將看到數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿恳徊蕉加晒鈱W(xué)主導(dǎo),最后一步位于芯片內(nèi),也有光學(xué)連接。”

  周偉東和馬振強(qiáng)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(jì)算機(jī)處理器的一部分。

  馬振強(qiáng)指出:“我們相信這個(gè)激光器會(huì)使光學(xué)數(shù)據(jù)連接更普遍。光子學(xué)和電子學(xué)共存于一塊芯片上將使多功能高能效的超級(jí)芯片成為可能,這些芯片可用于計(jì)算、通訊、傳感、成像等領(lǐng)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?!?/FONT>

 

 
標(biāo)簽: 激光器
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