FOTONICA

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Descripción general de la fotónica de silicio  

El silicio es el principal material que se utiliza en la fabricación de semiconductores hoy en día debido a que posee numerosas propiedades ventajosas. Por ejemplo, el silicio es abundante, económico y maleable, y la industria de los semiconductores ya lo conoce muy bien. Intel, en especial, desarrolló algunas de las tecnologías más avanzadas de fabricación de silicio que se utilizan en la actualidad. Por nuestra posición de liderazgo en esta área, desde hace tiempo invertimos en investigación a fin de "siliconizar" otras tecnologías, como la de las comunicaciones ópticas.   Este campo, denominado "fotónica de silicio", tiene por objeto proporcionar módulos de silicio económicos que puedan integrarse para fabricar productos ópticos que resuelven los verdaderos problemas de comunicación de los consumidores. El silicio es un material particularmente útil para los componentes fotónicos debido a que posee una propiedad fundamental: es transparente a las longitudes de onda infrarrojas a las que funcionan las comunicaciones ópticas. Por lo tanto, si bien el silicio es opaco al ojo humano, es transparente como el vidrio para un láser que funciona a longitudes de onda infrarrojas.   

El desafío del láser de silicio  

Un problema importante que debe afrontar la comunidad que trabaja en el campo de la fotónica de silicio es la limitación física fundamental del silicio: no emite luz de manera eficaz. Si bien el silicio posee la capacidad para direccionar, modular y detectar la luz, necesita una fuente externa que proporcione la luz inicial. Estas fuentes externas de luz suelen ser láseres discretos y exigen una cuidadosa alineación con las guías de ondas de silicio. El problema que se plantea es que la alineación precisa es difícil y costosa. Hasta una mala alineación por una fracción de micrones del láser con la guía de onda de silicio puede inutilizar el dispositivo fotónico .    Desde hace tiempo, en la fotónica de silicio se está tratando de crear una fuente de láser que pueda fabricarse directamente en el chip fotónico de silicio a gran escala y cuya luz emitida se alinee automáticamente con la guía de onda de silicio. Para resolver este problema, Intel se ha unido al Profesor John Bowers de la UCSB, quien posee más de 25 años de experiencia en materiales a base de fosfuro de indio, láseres y otros materiales compuestos para semiconductores. En los últimos años, el Profesor Bowers desarrolló diversos dispositivos fotónicos novedosos, como los láseres de muy alta velocidad, moduladores y fotodetectores. Además, los integró en sistemas avanzados de transmisión de datos a velocidades de hasta 160 Gbps. Paralelamente, ha desarrollado técnicas de unión de obleas con el objeto de incrementar el desempeño de estos materiales.    Cada uno de estos láseres puede tener una longitud de onda de salida diferente mediante la modificación de las propiedades de la guía de onda de silicio sin tener que cambiar el material a base de fosfuro de indio. Los materiales se unen sin alineación y se fabrican mediante procesos de producción a gran escala y bajo costo. El láser es fácil de integrar con otros dispositivos fotónicos de silicio a fin de producir chips fotónicos de silicio sumamente integrados.   

Ventajas y posibles aplicaciones  

La principal ventaja del láser de silicio híbrido es que en los componentes fotónicos de silicio ya no es necesario alinear y colocar láseres discretos para generar luz en un chip fotónico de silicio. Además, pueden crearse decenas o hasta cientos de láseres en un solo paso de unión, lo que se traduce en varias ventajas: El láser es compacto por lo que pueden integrarse numerosos láseres en un solo chip. El primer láser de silicio híbrido que se demostró tiene una longitud de tan solo 800 micrones y las futuras generaciones serán mucho más pequeñas.   

Resumen  

Intel continúa su incesante labor de investigación en fotónica de silicio con el objeto de desarrollar componentes ópticos más pequeños, más rápidos y menos costosos que hagan realidad la meta de las comunicaciones ópticas universales, ubicuas de bajo costo y de alto volumen. El anuncio de la UCSB e Intel que demuestra el primer láser de silicio híbrido eléctrico es otro ejemplo del avance hacia esta meta de gran alcance. El proyecto de investigación ha podido combinar con éxito las funciones de emisión de luz del fosfuro de indio y las de direccionamiento de la luz del silicio. Los investigadores consideran que, gracias a este desarrollo, los chips fotónicos de silicio que contienen decenas o incluso cientos de láseres de silicio híbridos algún día podrán fabricarse mediante técnicas de producción de silicio a gran escala y bajo costo. Con este desarrollo se afronta uno de los principales obstáculos a la producción de chips fotónicos de silicio sumamente integrados de bajo costo para su uso en equipos personales, servidores y futuros centros de datos.