矽元件除了被用來大量製造各種平價數位電子產品,還能用來導引、偵測、調節、甚至放大光束,但至今尚未能有效產生光束。反觀被廣泛應用在各種電信設備的磷化銦雷射,由於必須單獨組裝與對準 (align),此技術對於高產量、低成本的電腦產業而言實過於昂貴。
混合矽晶雷射運用一項新穎的設計,利用磷化銦材料來產生與放大光源,並運用矽晶波導來阻隔與控制雷射光。製造上的關鍵環結在於運用低溫氧分子電漿 (oxygen plasma)–充斥電荷的氧分子—在兩種材料的表面上製造出一個極薄的氧分子層 (厚度約為 25 個原子)。
在經過加熱與加壓處理後,氧分子層發揮了“矽接合劑 (glass-glue)”的功能,能將兩種材料熔合在單晶片中。當加上電壓後,從磷化銦材料所產生的光線就會通過氧分子電漿的“矽接合”層,並傳至具備阻隔與控制雷射光功能的矽晶片波導元件內,最後產生一種混合矽晶雷射。波導的設計是決定混合矽晶雷射的效能與波長的關鍵。
今日所發佈的訊息延續了英特爾長期以來運用標準矽元件製程,將光元件矽晶化的研發計畫。英特爾研究人員在 2004 年率先展示頻寬超過 1GHz 的矽光調節器,速度較之前展示矽調節器增加將近 50 倍。2005 年,英特爾研究人員率先展示能用來放大光源的矽元件,根據“拉曼效應”運用外部光源產生連續光波,開發出單晶片型態的雷射元件。
Bowers 教授研究磷化銦材料與雷射技術已有超過 25 年的經驗。他目前的研究著重於開發各種創新的光電元件,能提供 160 Gb/s 的資料傳輸速度,以及能接合各種異質材料的技術,開發出具備更高效能的新裝置。
全球首款混合矽晶雷射 (Hybrid Silicon Laser)