英特尔公司今天宣布了一项重大科学创新――英特尔科学家采用标准硅制造工艺开发出世界第一款连续波硅激光器。此项技术可帮助行业厂商推出低成本、高品质的激光器与光设备，使它们成为计算、通信和医疗应用领域的主流产品。
《自然》期刊今天报道，英特尔研究人员发现一种创新方法，可使用拉曼效应和硅的晶体结构来放大通过芯片的光。当受到外部光源照射时，此试验芯片会生成连续的高质量激光束。尽管离正式推向市场还相距甚远，但利用标准硅构建激光器的能力将能够推动经济型光设备的涌现，帮助实现以光速在计算机内部和计算机之间传输数据，进而促使众多应用步入高速计算领域。
英特尔光电技术实验室总监Mario Paniccia博士表示：“从根本上讲，我们首次证明了标准硅可用于构建光放大设备。高质量光电设备的生产、组装和封装都非常昂贵，因此一直以来它们的使用极为有限。此项研究成果使我们向大众市场推出基于低成本、高带宽硅的光设备的目标迈进了一大步。
目前，每台计算机都有一个电源来驱动芯片、硬盘和外设。在未来，个人电脑还可配备一个电源来驱动小型激光、放大器和光互连，以在计算机内部和不同网络间传输TB级数据。此外，这一研究成果还将可以帮助推出最适用于人体组织的特定光波。例如，一类激光波长适用于处理牙龈，而另一类激光波长适用于治疗龋齿。今天，这些激光设备的成本高达数万美元，因而它的使用极为有限。英特尔创新技术的未来应用将会带来更经济的医疗激光器，从而不仅有助于牙医的工作，更可缓解病人的疼痛。
技术详细信息
在硅中构建拉曼激光器蚀刻波导――芯片上的光管道。硅对于红外光是透明的，因而当光被导入波导时，可跨芯片对其进行控制和引导。与1960年开发的第一台激光器一样，英特尔研究人员使用了外部光源来将光“送入”芯片。光被送入后，硅的自然原子振动会在其通过芯片时放大光。这种放大――拉曼效应――使光在硅中可比在玻璃纤维中放大10,000倍以上。拉曼激光器和放大器今天已应用于电信行业，依靠数英里的光纤来放大光。通过使用硅，英特尔研究人员已能够在几厘米的硅片上产生激光。
激光器通常指能够放射出密集连贯光束的设备（其中光子均拥有相同的波长、相位和方向）。通过采用反射薄膜材料（类似于高质量太阳镜上使用的涂层）来覆盖芯片边缘，该小组能够控制和放大在芯片中来回传送的光。随着能量的提高，光将达到临界阈值点，此时一个非常精确的连贯光束（如激光）会从芯片中发射出来。
创新
最初，他们发现日益提高的光能功率在特定点之外的放大能力不仅无法再提高，甚至还会降低。原因在于被称为“双光子吸收”的物理流程会在来自泵束的两个光子同时击中原子并回击电子时出现。这些过量电子逐渐积累起来，并在波导中聚集，直到他们吸收了大量光后放大才会停止。
英特尔的创新解决方案是在波导中集成半导体结构（在技术上称之为PIN（P-type - Intrinsic - N-type）设备。当电压应用于PIN，它会像真空吸尘器一样，消除光路径中的大部分过量电子。具有拉曼效应的PIN设备可生成连续的激光束。
使硅和光同心协力
英特尔的硅光电技术研究首先开始于探索应用本公司的硅专业技术来开发集成光设备，以供英特尔的客户将其集成到众多不同的产品之中。从2004年开始，硅光电技术研究小组取得了大量突破性成果。其中硅光调制器是他们最先推出的成果。该设备能够以1 GHz的速度对数据进行编码，较先前约20 MHz的研究纪录提高了50倍之多。
英特尔高级院士兼英特尔通信技术实验室总监Kevin Kahn表示：“我们制定了广泛的长期研究计划，积极寻找新的途径来应用硅技术，以改善人们的生活。例如，我们正在开发无线传感器网络，用于在工厂、甚至海运中预先探测设备故障，或用于改善针对老年人的医疗服务。根据硅光电技术计划，我们致力于使用我们的硅制造技术来批量生产低成本光设备，从而将高带宽光电技术的优势应用于整个计算和通信行业。”