Горячее ж елезо
Жгучие
силиконовые.
..
лазеры
Сергей Н. МИШКО
7 7
февраля компания Intel
(www.intel.com)
опубликовала в научно-популярном журнале «N a tu re » статью
о кремниевом лазере непрерывного излучения. Чем примечательно такое изобретение, что оно собой
представляет, и какие перспективы открывает его применение
тема этого материала.
Ч
П
режде всего, краткий ликбез о том, что такое лазер вооб-
ще. Это источник света, чьи фотоны имеют одинаковую дли-
ну волны, фазу и направление. Такой свет называют коге-
рентным и он обладает целым рядом уникальных свойств.
В их числе высокая монохроматичность, очень малая расходи-
мость луча и высокая интенсивность излучения. Набор уникаль-
ных характеристик лозеров определяет сферу их применения В
частности, в компьютерной технике они находят широкое при-
менение в оптических приводах и оптоволоконных системах пе-
редачи данных.
Сразу возникает вопрос: если лазеры столь распространены
на сегодняшний день, что примечательного в том, что удолось
создать еще и кремниевый лазер? Ответ заключается в самом
названии лазера — ведь кремний наиболее широко использует-
ся в современной электронике, и поэтому его применение для
создания оптоэлектронных устройств как нельзя кстати. Хотя крем-
ний и не пропускает видимый свет, для диопазона инфракрас-
ных волн 1310-1610 нм он совершенно прозрачен. В данном
диапазоне находятся все волны, используемые для передачи ин-
формации по оптоволоконным сетям.
Еще одно неоспоримое преимущество кремниевого лазера —
в отсутствии необходимости использовать для его создания спе-
циальное оборудование. Вся его конструкция размещена на од-
ном чипе, изготовленном по давно обкатанной технологии CM OS
(Complimentary M etal O xide Semiconductor). В то же время, к при-
меру, при производстве полупроводниковых лазеров для опти-
ческих приводов в настоящее время применяют дорогостоящие
экзотические материалы из третьей и пятой групп таблицы М ен-
делеева, такие как арсенид галлия (GaAs) или фосфид индия (1пР).
Как известно, слово «лазер» представляет собой аббревиа-
туру — LASER (Light A m plification fhough Stim ulafed Emission o f Ra-
diation). Речь идет о так называемом вынужденном излучении, ко-
гда в рабочем теле лазера создается инверсная заселенность
энергетических уровней электронами. Т.е. на уровнях с большей
энергией находится больше электронов, чем на самом выгодном
с энергетической точки зрения уровне с минимальной энергией.
Это нетипичная ситуация, и ее можно получить только искусст-
венно, постоянно накачивая более высокоэнергетические уров-
ни электронами. Для накачки можно ис-
пользовать достаточно мощный источник
обычного света, источник электрическо-
го тока в случае упоминавшихся выше по-
лупроводниковых лазеров или другой ис-
точник энергии.
Работа кремниевого лазера наряду с
рядом других основана на нелинейном
оптическом эффекте Рамана. Он состо-
ит в поглощении фотона света при его
взаимодействии с атомом кристалличе-
ской решетки кремния и последующем
переизлучении фотона с меньшей энер-
гией (большей длиной волны) и фонона
(элементарной единицы тепловых колеба-
ний кристаллической решетки). Другими
словами, эффект Рамана заключается в
передаче энергии от атомов кристалли-
ческой решетки фотонам света, за счет
чего достигается постепенное увеличе-
ние интенсивности луча. Очевидно, усиление тем больше, чем
большее расстояние проходит луч света в среде.
а
Р а м а н о в с к о е у с и л е н и е
H aK a4K ax M W V >
Я = 1.55 pim
ÎI
I
A M A W >
Сигнал
Я = 1.63 ц т
Колебание кристалла
(фонон кремния)
б
Д в у х ф о т о н н о е п о г л о щ е н и е
\ W v W ^
Накачка
_
Я = 1.55 pm
- w w w >
Эффект Рамана достаточно слаб: например, чтобы добиться
за его счет заметного усиления сигнала в традиционной оптово-
локонной системе, ее линейные розмеры должны быть порядка
километров. Но кремний тем и замечателен, что в нем эффект
Рамана оказывается в 10 000 раз сильнее. Это позволяет полу-
чить существенное усиление на расстояниях, соизмеримых с при-
вычными размерами чипов. Заключив рабочее тело кремниево-
го лазера в отражатели, можно добиться многократного прохо-
ждения лучей по объему рабочего тела и непрерывной генера-
ции когерентного излучения.
Вернее, можно было бы — если бы не другой, паразитный,
нелинейный оптический эффект двухфотонного поглощения. Он
1Лс ТОЧМИК гмтзнич.
SOj,
КгемнмеесЬ-
№ 9 /3 36 28 февраля-07 марта 2005
предыдущая страница 16 Мой Компьютер 2005 09 читать онлайн следующая страница 18 Мой Компьютер 2005 09 читать онлайн Домой Выключить/включить текст