Wissenschaftler des Intel-Forschungslabors in Santa Clara haben nach eigenen Angaben den weltweit ersten Prototypen eines Photonik-Chips entwickelt, der mit einem kontinuierlich strahlenden Silizium-Laser arbeitet. Bislang war es Forschern lediglich gelungen, Silizium zur Aussendung von sehr kurzen Laserpulsen zu bewegen. Grundlage in beiden Fällen ist die Ausnutzung eines bestimmten Aspekts des so genannten Raman-Effekts: Das Siliziumkristall wird zunächst mit kurzwelligem Laserlicht bestrahlt (Pump-Strahl). Ein Teil dieser Energie überträgt sich dabei auf die atomaren Strukturen des Halbleiters und regt das Silizium an, Licht mit einer etwas größeren Wellenlänge auszusenden. Gleichzeitig sorgen die natürlichen atomaren Schwingungen des Siliziums dafür, dass das Licht noch verstärkt wird, wobei die Verstärkung bei Silizium mehr als 10.000 Mal größer ist als etwa bei Glasfasermaterial.
Für ihre Laserexperimente verwendeten die Intel-Wissenschaftler einen optischen Hohlleiter aus Silizium, der S-förmig auf einer Fläche von 1,6 Quadratmikrometern angebracht war, und in den Laserlicht gepumpt wurde. In der ersten Chip-Variante konnten jedoch nur etwa 100 Nanosekunden lange Laserpulse erzeugt werden. Das Novum am aktuellen Prototypen ist, dass er einen unterbrechungsfreien Laserstrahl erzeugt, sobald ihn Licht aus einer externen Quelle durchdringt. Dazu mussten die Forscher allerdings das Problem der so genannten Zwei-Photonen-Absorption in den Griff bekommen: Kollidieren zwei Photonen aus dem Lichtstrahl in dem Hohlraum mit einem Atom, stoßen sie dabei ein Elektron aus der Bahn. Nach und nach entstehen immer mehr freie Elektronen im Hohlraum, mit dem negativen Effekt, dass sie das Licht zunehmend absorbieren und es schließlich zu keiner Selbstverstärkung des Laserstrahls mehr kommt.
Zur Lösung dieses Problems arrangierten die Intel-Wissenschaftler eine PIN-Struktur (P-Dotierung/Intrinisic/N-Dotierung) aus positiv und negativ dotiertem Silizium um den Hohlleiter: Legt man daran eine elektrische Spannung an, verhält sich die PIN-Struktur wie eine Art Staubsauger und räumt alle freien Elektronen aus dem Strahlengang. Der positive Effekt der Raman-Verstärkung wurde somit nicht mehr durch die Zwei-Photonen-Absorption beeinträchtigt und der Laser-Prozess nicht unterbrochen. "Wir haben damit erstmals demonstriert, dass sich gewöhnliches Silizium zum Bau von Geräten nutzen lässt, die Licht verstärken", erläuterte Dr. Mario Paniccia, Direktor von Intels Photonics Technology Lab. Seinen Angaben zufolge kann der unterbrechungsfreie Laser auf Silizium-Basis ohne weiteres mit bekannten Methoden moduliert werden, sodass er sich für Datenübertragungen bis in den Gbit/s-Bereich nutzen lässt. Trotzdem geht Paniccia davon aus, dass es noch einige Jahre dauern wird, bis Photonik-Chips mit Silizium-Laser in die industrielle Fertigung gehen.
Quelle:Heise
Mehr: http://www.intel.com/technology/silicon/sp/
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