由于科學(xué)家首次直接在硅片上制造出納米級激光器,人們向?qū)⒓す馄骱碗娮釉O(shè)備整合的艱難目標(biāo)邁進(jìn)了一步。這些微小的激光器是用化合物半導(dǎo)體制造的。這些半導(dǎo)體能以遠(yuǎn)勝硅片的效率發(fā)光。
將光學(xué)處理過程同電子芯片結(jié)合為發(fā)展高速計算能力提供了條件。電子設(shè)備善于處理信息,因為電子相互之間有著很強(qiáng)的作用力。然而,當(dāng)電子移動起來傳遞信息時,這種相互作用也會造成背景噪音并削弱信號。
相反,光子對彼此的影響很小,因此它們能以比電子更高的效率傳遞信息。這就是為什么光纜已經(jīng)取代了高性能計算機(jī)電路板上的電線,以及穿越遠(yuǎn)距離的電纜的緣故。
然而,計算機(jī)在同光進(jìn)行合作時面臨著一種重要的限制:雖然硅能傳遞和探測光信號,它不能有效地產(chǎn)生光。需要諸如砷化鎵和磷化銦等化合物半導(dǎo)體來形成優(yōu)良的激光器。
因特爾公司和加利福尼亞大學(xué)圣巴巴拉分校已經(jīng)成功地將磷化銦激光器同硅緊密結(jié)合,從而使磷化銦層產(chǎn)生的光得以轉(zhuǎn)移到硅光導(dǎo)。
然而,這種結(jié)合非常昂貴,不利于標(biāo)準(zhǔn)芯片制造,并且還不可能“種植”由硅片上的材料形成的激光器。
現(xiàn)在,加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的一個科學(xué)家團(tuán)隊克服了硅和化合物砷化鎵結(jié)晶體不匹配的問題。這種不匹配阻礙了激光器的植入。目前的進(jìn)展使科學(xué)家能在硅片上植入逐漸變細(xì)的六角形砷化鎵和砷化銦柱。這些柱體的基座直徑僅有大約半微米。當(dāng)外部激光器照射它們的頂端,這些納米支柱就成了激光器:激光在柱體內(nèi)跳動,從頂端到底部呈螺旋狀前進(jìn)。
在實際應(yīng)用中,研究人員預(yù)計納米激光器將能夠自行制造激光,無需外部激光器的幫助。
該研究團(tuán)隊的一名成員說,這是整合光學(xué)和電子學(xué)道路上的重要一步,但是在達(dá)到這一目標(biāo)之前還有很多問題要克服。