研究人員已經(jīng)能夠?qū)⒘谆煟↖ndium Phosphide）的發(fā)光屬性和硅的光路由能力整合到單一混合芯片中。當(dāng)給磷化銦施加電壓的時候，光進(jìn)入硅片的波導(dǎo)（waveguide），產(chǎn)生持續(xù)的激光束，這種激光束可驅(qū)動其他的硅光子器件。這種基于硅片的激光技術(shù)可使光子學(xué)更廣泛地應(yīng)用于計算機(jī)中，因?yàn)椴捎么笠?guī)模硅基制造技術(shù)能夠大幅度降低成本。

   “這一技術(shù)使未來的計算機(jī)內(nèi)部可采用低成本、萬億比特(TB)量級的光學(xué)‘?dāng)?shù)據(jù)通路’（data pipes），并使高性能計算應(yīng)用迎來新時代，”英特爾公司光子學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室總監(jiān)馬里奧•潘尼西亞（Mario Paniccia）指出?！氨M管離商品化仍有很長距離，但我們相信數(shù)十個、甚至數(shù)百個混合硅激光器會和其它硅光子學(xué)部件一起，被集成到單一硅基芯片上去?！?/P>

   “我們和英特爾公司的研究項(xiàng)目，充分體現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)和學(xué)術(shù)界可以通過合作來推動科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，”美國加州大學(xué)圣芭芭拉分校電氣和計算機(jī)工程學(xué)教授約翰•鮑爾斯（John Bowers）指出，“通過結(jié)合美國加州大學(xué)圣芭芭拉分校在磷化銦方面的專業(yè)能力和英特爾公司在硅光子方面的專業(yè)能力，我們已研發(fā)出基于鍵合方法的一種新結(jié)構(gòu)激光器，它能夠用于晶圓級、半晶圓級和芯片級的應(yīng)用，同時這也是將大規(guī)模的光學(xué)器件集成到一個硅平臺上的一種可能的解決方案。這是開始低成本大批量生產(chǎn)高集成度硅光子芯片的標(biāo)志?！?/P>

    技術(shù)細(xì)節(jié)

    硅被廣泛用于數(shù)碼電子產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)，也用于光的路由、探測、調(diào)制和放大，但它并不能有效發(fā)光。另一方面，基于磷化銦的激光器被普遍用于電信設(shè)備，但需要逐一進(jìn)行組合和校準(zhǔn)。這相對于計算機(jī)產(chǎn)業(yè)大批量、低成本的制造需求，仍顯得過于昂貴和費(fèi)時。

    混合硅激光含有獨(dú)特設(shè)計，當(dāng)硅波導(dǎo)容納和控制激光時，其采用的磷化銦材料可以產(chǎn)生光并把它擴(kuò)大。制造這種設(shè)備的關(guān)鍵是用低溫的氧等離子體（帶電荷的氧氣）在這兩種材料表面都形成一層薄氧化膜（大約25個原子的厚度）。

    當(dāng)加熱的同時在材料兩側(cè)加壓，兩種材料上的氧化膜就像玻璃粘合劑一樣熔合，從而將兩種材料熔合到一個單一芯片中。給磷化銦施加電壓，它產(chǎn)生的光會通過這層像玻璃粘合劑一樣的氧化膜進(jìn)入硅片中的波導(dǎo)。波導(dǎo)容納并控制光，形成混合硅激光。波導(dǎo)的設(shè)計對混合硅激光器的性能和激光的波長至關(guān)重要。

    今天的發(fā)布，建立在英特爾公司另一個長期研究項(xiàng)目的成就之上，即采用標(biāo)準(zhǔn)硅制造工藝來“硅化（siliconize）”光子學(xué)器件。2004年，英特爾研究人員首次展示了帶寬超過1GHz的硅激光調(diào)制器，比此前硅基調(diào)制記錄快了近50倍。2005年，英特爾公司研究人員首次演示了硅可用來放大外部光源、利用拉曼效應(yīng)（Raman effect）產(chǎn)生連續(xù)的片上激光（laser-on-a-chip）光波。
  鮑爾斯教授研究硅光子學(xué)材料和激光已超過25年。目前他專注于研發(fā)數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)160Gb/秒的新式光電子設(shè)備，以及鍵合不同材料來創(chuàng)造更高性能的新設(shè)備的技術(shù)。

    美國加州大學(xué)圣芭芭拉分校工程學(xué)院

    美國加州大學(xué)圣芭芭拉分校工程學(xué)院在生物工程學(xué)、化學(xué)工程、計算工程學(xué)、材料科學(xué)、納米技術(shù)、光學(xué)和物理學(xué)方面領(lǐng)先。美國加州大學(xué)圣芭芭拉分校有五名諾貝爾獎獲得者。工程學(xué)院獨(dú)特而成功地運(yùn)用了跨學(xué)科方法，并與業(yè)界結(jié)合進(jìn)行研究和學(xué)習(xí)，從而取得了卓越的成就。請瀏覽www.engineering.ucsb.edu。
  

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