美科學家研制出硅鍺光調(diào)制器 有望加速光互聯(lián)速度

    據(jù)Physorg網(wǎng)2005年10月26日報道：光比電能更快地傳輸數(shù)據(jù)，但使用光在硅芯片中傳輸數(shù)據(jù)過于昂貴和復雜。現(xiàn)在，美國斯坦福大學的工程師已經(jīng)基本上解決了上述問題。他們發(fā)明了一個可以很容易就集成在芯片內(nèi)的關鍵組件，能把激光束分解成每秒數(shù)千兆的數(shù)據(jù)（0或1）。這使得芯片能以遠比現(xiàn)在快得多的速率傳輸數(shù)據(jù)。

    “大多數(shù)高性能光電產(chǎn)品（連接光設備和電子設備的產(chǎn)品）都是通過適度添加其它材料而制成的，而把這些材料與硅合成非常的困難。” W. M. Keck基金會的電子工程學教授大衛(wèi). A. B.米勒說“最終你將期望能使用一個平臺來制造一切東西，而且最好這個平臺是基于硅來制造的?！?/P>

     如今這個單一平臺快要實現(xiàn)了。米勒和哈里斯等研究人員在10月27日出版的《自然》雜志上提出的新發(fā)現(xiàn)也許能夠幫助制成一種由硅和鍺生成的微小固態(tài)調(diào)制器。因為硅和鍺是在半導體工業(yè)中經(jīng)常使用的元素，這種調(diào)制器可以廉價而方便地嵌入到芯片中。

     這樣的調(diào)制器可以通過選擇性吸收光（代表0）或允許其通過（代表1）來把光束分解成數(shù)據(jù)流。這至少鋪平了在芯片之間使用光互聯(lián)的道路。至今為止，電聯(lián)接仍工作得很好，但激增的數(shù)據(jù)速率迫使工程師們?nèi)ふ姨娲霓k法——如使用光來扮演主要角色。

     米勒和哈里斯預計這種百萬分之一米高，百萬分之一米長的調(diào)制器可以達到大于100百萬次每秒的速率，這比今天計算機中使用的硬件要快50倍，并且與構想中的光通訊所能達到的最高速率一樣快。

打破傳統(tǒng)思維

    一位研究人員說，為制成這種調(diào)制器，米勒和哈里斯的研究小組打破了物理學家們所固有的傳統(tǒng)思維定勢。

    假如了解原子中的電子如何吸收（或不吸收）進入的光線，就可以理解為什么人們認為基于鍺的調(diào)制器是不可能的，以及米勒和哈里斯如何實現(xiàn)了一項令他們自己都覺得十分驚訝的成功。

    電子只能在原子周圍特定的軌道上運行，每個軌道都與一定的能量等級相聯(lián)系。當帶有適量能量（或適量波長）的光線射入時。電子吸收了光線，使用其能量來躍遷到臨近的軌道上。對原子使用強大的電場可以改變電子所能吸收的光線波長。這一現(xiàn)象已經(jīng)被人類所知超過一個世紀，被稱為斯塔克效應。

    斯塔克效應使得材料在工程師開啟或關閉一個電場時，像百葉窗那樣可以屏蔽特定波長的光線，吸收這種光線或是那種光線。要在原子中產(chǎn)生斯塔克效應，所需的電壓非常之高以致無法在芯片中采用。但在一些細薄的材料中，可以產(chǎn)生一種強烈而敏感的斯塔克效應，被稱為量子限制斯塔克效應，這發(fā)生于可以接受的電壓下。很多今日的高端電訊設備使用能產(chǎn)生這種效應的薄型材料來在光纖中傳輸數(shù)據(jù)。

硅的奇跡

    關鍵在于如何使這種能產(chǎn)生斯塔克效應的材料融合進芯片的制造中。硅和鍺都屬于電子不充分符合斯塔克效應的一族元素。米勒，哈里斯和他們的小組發(fā)現(xiàn)在鍺中的這種不符合斯塔克效應的現(xiàn)象是一種假象。事實上，在鍺中不吻合斯塔克效應的能量層次被更強力符合的能量層所遮掩了。研究人員開發(fā)并測試了一個硅－鍺混合件來檢驗他們是否真能在鍺中利用這種斯塔克效應。

    他們發(fā)現(xiàn)當鍺層恰當?shù)嘏c硅合成一種晶體時，它們的電子不再從有用的層次上“泄漏”到無用的層上，斯塔克效應事實上在鍺中也能成立。

    哈里斯和米勒沒有預想到這種效應是如此明顯?！傲钊顺泽@的是這種效應事實上可以運用在任何現(xiàn)有的調(diào)制器上——而且工作得比大多數(shù)要好”哈里斯說。換句話說，可以使用與電腦芯片相匹配的調(diào)制器，而不會影響到性能。

    哈里斯和米勒的研究小組包括幾名學生和顧問——電子工程學教授Theodore I. Kamins。學生有Kuo, Yongkyu Lee, Yangsi Ge, Shen Ren and Jonathan E. Roth。研究是由英特爾公司和美國國防部高級研究工程處贊助支持的。

    這一小組的下一個關鍵是展示他們可以制造出標準通訊波長所使用的調(diào)制器。他們確信他們可以成功，而且他們的發(fā)現(xiàn)可以幫助開創(chuàng)一個計算和通訊的“新時代”。

-----光纖新聞網(wǎng)