Lasereita piisirulle ja hiukkaskiihdyttimiin

Jotta piisiruilla voitaisiin siirtää dataa nopeammin valon avulla tutkijat ovat pitkään etsineet tapaa integroida laserit suoraan piisiruille.

Forschungszentrum Jülichin tutkijat ovat nyt askeleen lähempänä tavoitetta. Yhdessä Pariisin Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N) -yritysten ja ranskalaisen STMicroelectronicsin sekä CEA-LETI Grenoblen kanssa he ovat kehittäneet piin kanssa yhteensopivan puolijohdelaserin, joka on valmistettu germaniumista ja tinasta.

Sen tehokkuus on verrattavissa tavanomaisiin GaAs-puolijohdelaseriin piillä.

Piipohjaisen CMOS-tekniikan kanssa yhteensopiva sähköisesti pumpattava laser olisi ihanteellinen mutta ongelma on, että puhdas pii on "epäsuora puolijohde", joten se ei sovellu lasermateriaaliksi. Tällä hetkellä lasereiden valmistuksessa käytetään erilaisia materiaaleja omilla prosesseillaan, jotka sitten myöhemmin integroidaan piisirulle.

Uusi laser voidaan valmistaa CMOS-tuotantoprosessin aikana. Se perustuu germaniumiin ja tinaan, kahteen ryhmän IV alkuaineeseen, kuten pii.

”Puhdas germanium on luonteeltaan epäsuora puolijohde, kuten pii. Tinan korkea pitoisuus tekee siitä suoran puolijohteen laserlähteelle”, kertoo Jülichin Peter Grünberg -instituutin (PGI-9) työryhmän johtaja tohtori Dan Buca.

Tutkijoiden mukaa tällainen laser olisi mielenkiintoinen paitsi optiseen tiedonsiirtoon mutta myös monissa muissa sovelluksissa, joissa tarvitaan edullista vaihtoehtoja infrapuna-alueen aallonpituuksille 2–4 um. Mahdolliset sovellukset vaihtelevat infrapuna- ja yönäköjärjestelmistä aina kaasuantureihin ympäristön seurantaan ilmastotutkimuksessa tai jopa hengityskaasuanalyyseihin lääketieteellistä diagnoosia varten.

Lasereita tarvitaan myös hiukkaskiihdyttimissä. Tarkkailemalla elektronia, jotka on kiihdytetty erittäin suuriin energioihin, tutkijat kykenevät avaamaan vihjeitä hiukkasista, jotka muodostavat maailmankaikkeuden.

Rochesterin yliopiston Laboratory for Laser Energetics (LLE) tutkijat hahmottelivat menetelmää voimakkaan laservalon muovaamiseksi tavalla, joka kiihdyttää elektroneja ennätysmäisiin energioihin hyvin lyhyillä etäisyyksillä: tutkijoiden arvion mukaan kiihdytin olla 10 000 kertaa pienempi kuin muut vastaavat järjestelyt.

Tutkijoiden hahmottelema elektronikiihdytin perustuu uudenlaiseen tekniikkaan laserpulssien muodon muokkaamiseksi siten, että niiden huiput voivat kulkea nopeammin kuin valon nopeus.

Tyypillinen linssi tarkentaa laserin valon yhdeksi vahvan intensiteetin pisteeksi. Nyt tutkijat käyttävät porrastetusti muotoiltua linssiä, jonka avulla he voivat tarkentaa jokaisen valorenkaan eri etäisyydelle linssistä luomalla yhden pisteen sijasta korkean intensiteetin jonon. Kun se saapuu plasmaan se luo aaltoherätteen, joka etenee valon nopeudella.

Aiheesta aiemmin:

Mikropiireille sopiva laser

Hiukkaskiihdytin mikropiirille