El chip que emite y conduce la luz podría conducir la tecnología de fotones de silicio a una utilización mucho mayor en los ordenadores del futuro y los centros de datos
Investigadores de Intel y de la Universidad de Santa Bárbara, en California (UCSB) han creado el primer láser de silicio híbrido eléctrico del mundo, utilizando para ello un proceso estandarizado de fabricación de silicio. Este descubrimiento rompe una de las mayores barreras que existían a la hora de fabricar dispositivos de fotones de silicio de banda ancha a costes más bajos, con el fin de poderlos utilizar tanto en el interior como en torno a futuros ordenadores y centros de datos.
Los investigadores fueron capaces de combinar las propiedades de los emisores de luz de fosfato de indio con las capacidades de direccionamiento de la luz del silicio dentro de un único chip híbrido. Cuando se aplica voltaje, la luz generada en el fosfato de Indio entra en la guía de la onda de silicio, creando un rayo láser continuo que puede ser utilizado para conducir otros dispositivos fotónicos de silicio. El láser basado en silicio puede ofrecer un uso más amplio de la fotónica en ordenadores porque el coste puede ser reducido de forma muy importante al usar técnicas de fabricación de silicio a gran escala.
"Este descubrimiento puede ofrecer flujos de datos ópticos de terabits a un coste menor en los ordenadores del futuro y ayuda a hacer posible una nueva generación de aplicaciones informáticas de alto rendimiento", señala Mario Paniccia, Director de Photonics Technology Lab de Intel. "Aunque todavía está lejos de convertirse en un producto comercial, creemos que el láser de silicio híbrido puede ser integrado con otros componentes de fotónica de silicio en un único chip de silicio".
"Nuestro programa de investigación con Intel es un ejemplo de cómo la industria y el mundo académico pueden trabajar juntos para avanzar en la ciencia y en la tecnología", afirma el profesor John Bowers de la Universidad de Santa Bárbara. "Combinando la experiencia en el fosfato de Indio de la Universidad y la de Intel en fotones de silicio, hemos demostrado que una nueva estructura láser basada en un método de vinculación puede ser usada en una oblea, una media oblea o bien a nivel de "die", y puede ser una solución para la integración óptica a gran escala en plataformas de silicio. Este hecho marca el principio de chips de fotónica de silicio altamente integrados que pueden producirse en masa a bajo coste".
Detalles técnicos
Utilizado para producir de forma masiva electrónica digital comercial, el silicio puede usarse también para encaminar, detectar, modular e incluso para amplificar la luz, pero no para generarla de forma efectiva. Por el contrario, el láser basado en fosfato de Indio se usan a diario en equipamiento de telecomunicaciones. Pero la necesidad de ensamblarlos y alinearlos individualmente les ha hecho muy caros para producirlos a gran volumen y al bajo coste que requiere la industria del PC.
El láser de silicio híbrido cuenta con un nuevo diseño que emplea un material basado en el fosfato de Indio para la generación y amplificación de luz y usa guía de onda de silicio para contener y controlar el láser. La clave para fabricar este dispositivo es el uso de una baja temperatura, plasma de oxígeno (oxígeno eléctricamente cargado) para crear una capa fina de óxido (de 25 átomos de ancho) en las superficies de ambos materiales.
Cuando se calientan y son presionados juntos, la capa de óxido funciona como un pegamento de cristal fusionando los dos materiales en un solo chip. Cuando se le aplica voltaje, la luz generada en el material basado en fosfato de Indio pasa a través de la capa de pegamento de cristal óxido a la guía de onda del chip de silicio, donde es contenida y controlada, creando un láser de silicio híbrido. El diseño de la guía de onda es crítico para determinar el rendimiento y peso del láser de silicio híbrido.
El anuncio de hoy contribuye a otras realizaciones de Intel dentro de su programa de investigación a largo plazo para "siliconizar" fotones usando un proceso estándar de fabricación de silicio. En 2004, los investigadores de Intel fueron los primeros que demostraron que un modulador óptico basado en silicio con una anchura de banda de más de 1GHz cerca de 50 veces más rápido que anteriores demostraciones de modulación de silicio. En 2005, estos investigadores también demostraron por primera vez que el silicio puede ser usado para amplificar la luz, usando una fuente externa de luz para producir un rayo basado en chip sobre láser con el efecto "Raman".
John Bower es profesor en el Departamento de Electrical and Computer Engineeering en la Universidad de Santa Bárbara. El profesor Bowers ha trabajado con materiales y láser basado en fosfato de Indio durante 25 años. Actualmente sus investigaciones están centradas en el desarrollo de nuevos dispositivos opto-electrónicos con índices de datos de hasta 160 Gb/s y técnicas para ensamblar materiales disímiles y crear nuevos dispositivos con mayor rendimiento.
Sobre la Universidad de Santa Bárbara
La Universidad de Santa Bárbara es líder mundial en la investigación de fotónica, ciencia de los materiales, bioingeniería, ingeniería química e informática, nanotecnología y física.
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