проявляется только в случае, если на один атом попадают сра-
зу два фотона света. Их суммарной энергии становится доста-
точно, чтобы высвободить из атома свободный электрон и пре-
вратить нейтральный атом в дырку (положительно заряженную
свободную частицу). При относительно низкой интенсивности ис-
точника накачки такой процесс маловероятен, а немногие су-
мевшие освободиться электроны и дырки нередко рекомбиниру-
ют, снова превращаясь в нейтральные атомы. Однако с ростом
мощности накачки ситуация меняется — заряженные частицы за-
полняют рабочее тело кремниевого лазера, делая его непро-
зрачным даже для инфракрасных лучей. В результате генерация
когерентного излучения становится невозможной.
Именно эта проблема мешала созданию кремниевого лазе-
ра с непрерывным излучением. Удавалось получить лишь крат-
кие импульсы излучения продолжительностью самое большее в
несколько наносекунд. К счастью, сложность сумели преодолеть,
создав электрическое поле, освобождающее рабочее тело ла-
зера от накапливающихся вследствие эффекта двухфотонного
поглощения носителей заряда. Добиться такого результата уда-
лось, разместив рабочее тело лазера внутри полупроводнико-
вой PIN-структуры, включенной по обратной схеме, когда ток не
течет, зато присутствующее сильное поле быстро очищает ка-
нал от возникающих свободных носителей заряда.
Перспективы использования
В современной оптоэлектронике существует дилемма — ис-
пользование оптоволокна сулит гораздо большую пропускную
способность для каналов связи в сравнении с медью, однако по-
следняя существенно дешевле. Этим отчасти объясняется нынеш-
нее положение вещей, когда оптоволоконные высокоскоростные
соединения применяются преимущественно для организации ка-
налов передачи данных в масштабах городов или между кла-
стерными вычислительными системами. Однако с ростом быст-
родействия компьютерных систем приходится задумываться об
альтернативах для меди в случае соединения между собой от-
дельных плат или даже чипов.
На основе принципов, изложенных в предыдущей части, на
базе одного чипа несложно построить сразу несколько лазеров
с различными длинами волн. Для этого необходимо разделить
луч накачки на несколько отдельных лучей, направив их в рабо-
чие тела лазеров, интегрированных в чипе. Промодулировав из-
лучение каждого лазера полезным сигналом и мультиплексиро-
вав все их снова в один луч, можно достигнуть многократного
увеличения объема передаваемых таким образом данных. В ча-
стности, экспериментальный чип, созданный в лабораториях In-
tel, содержит 8 лазеров. Образец оптического модулятора ком-
пании удалось получить еще год назад — статья о нем в журна-
ле «Nature» вышла как раз перед самым началом весеннего фо-
рума разработчиков в Сан-Франциско.
Используя эффект Рамана в кремнии, можно создать и гораз-
до более простые устройства, но не менее нужные индустрии.
Речь идет об усилителях оптических сигналов. В настоящее вре-
мя эффект Рамана активно применяют для усиления сигналов в
оптоволоконных системах, протяженность которых составляет
многие километры. Например, в случае междугородной и меж-
дународной телефонной связи.
Еще одна сфера применения кремниевых лазеров, основонных
на эффекте Рамана, вытекает из принципа их действия. Известно,
что такие лазеры трансформируют излучение лазера накачки в
более длинную волну или, другими словами, в более дальнюю об-
ласть инфракрасного спектра. Тогда ничего не мешает использо-
вать для накачки полученное излучение повторно, и в результате
добиться генерации на еще более длинной волне. Это имеет смысл,
поскольку существующие лазеры для среднего инфракрасного диа-
пазона 2 -3 мкм достаточно дорогие и имеют внушительные габа-
риты. Особенно часто их применяют в медицине.
Когда в 1960 году Тед Меймен (Ted Maiman) изобрел первый
лазер, который в качестве рабочего тела использовал рубин, его
открытие сочли бесполезным и не имеющим практического при-
менения. Не прошло и полвека с тех пор, а человечество уже
не мыслит своего существования без этих источников когерент-
ного излучения. Они проникли в самые разные сферы нашей
жизни, начиная от бытовой электроники и заканчивая высокоточ-
ными системами наведения в военной отрасли.
Совершенно очевидно, что кремниевым лазерам уготовано
большое будущее, ведь производство полупроводниковых мик-
росхем давно отлажено и не представляет сложности ни с тех-
нической, ни с экономической точек зрения. И если до недавне-
го времени существовала проблема двухфотонного поглощения,
то теперь и ее удалось решить.
Интересно, что появление изобретений подобного рода по-
зволяет говорить о справедливости известного эмпирического за-
кона Гордона М ура не только в области полупроводниковой
электроники, но и в целом ряде других областей. В их числе та
же оптоэлектроника, беспроводные коммуникации, механика,
биология. Напомним, оригинальный закон Мура гласит, что ко-
личество транзисторов на единицу площади кристалпо удваива-
ется каждые 1,5-2 года. Оказывается, то же самое можно ска-
зать, например, об объемах информации.
Наконец, продемонстрированное изобретение является пре-
красной иллюстрацией конвергенции, о которой столько гово-
рят в последние несколько лет. Действительно, кремниевый ла-
зер стоит на стыке вычислительных и коммуникационных техно-
логий. Остается только дождаться, когда эта замечательная тех-
нология выйдет за пределы стен лабораторий и попадет на ра-
бочие столы пользователей.
МОИ КОМПЬЮТЕР
предыдущая страница 17 Мой Компьютер 2005 09 читать онлайн следующая страница 19 Мой Компьютер 2005 09 читать онлайн Домой Выключить/включить текст