世界上第一束硅激光诞生
综合报道
10月26日，美国《自然》杂志称，在研制用光取代电子来处理计算机信息的过程中，科技又向前迈出了非常重要的一步──科学家们已经制造出了世界上第一束硅激光。硅激光的体积很小，但它的影响却很大，因为这种改变是革命性的。
计算机发展的主要瓶颈在于芯片运算的速度，导致这一瓶颈的部分原因就是金属的物理属性──金属存在电阻，同时产生热量。如今的芯片，很像一个微缩的网络──一个由铜线和铝线构成的复杂的网，而当芯片的吞吐能力达到每秒钟上万亿字节的时候，今天使用的金属线就不能胜任，必须用光纤连接来代替金属线。因为没有电阻，光在光纤中传递的速度要比电流在金属线里传递的速度快得多。光还有另一个重要的优势：不同频率的光可以在同一根光纤中传递(这种多路技术已经在通信领域实现)，一条光纤可以取代以前好几根金属线，传输的数据也会更多。
然而，目前光导纤维基本上还只是应用在信息传输方面，在信息处理方面的应用还处在研究阶段，尚未普及。信息处理时，仍然要先把光信号转换为电信号，因此“光-电”转换就成为不可缺少的过程。这种转换一方面减缓了处理信息的速度，另一方面光电转换模组也增加了电路的成本和体积。于是，近年来科学家们一直在努力，研制出能够直接处理光信号的器件。
在光纤中携带数据的是激光脉冲。研究人员希望开发出一种硅激光，它可以被集成在芯片中，一明一暗闪烁即产生这些脉冲。开发光芯片最关键的技术就是产生激光。
由于目前用来处理数据的半导体芯片主要是由硅材料制造，因此硅材料便成为研制光信号处理器的首选。因为这样一来，就可以利用现有的成熟的硅芯片制造技术，批量生产芯片。但不幸的是，硅在控制光信号方面的能力很有限，硅很少能发射出光束，即便能够，强度也远不及激光。因此，在芯片中置入激光，是一项巨大的挑战。相反，被广泛地应用为LED(发光二极管)制造材料的砷化镓更为擅长处理光信号，但是它却很难被制成芯片。如果选用其他材料产生激光，然后再将它集成到芯片中，这种光处理器成本过高，很难大规模生产具有经济效益的芯片。
2000年感恩节的时候，意大利特兰托大学的Lorenzo Pavesi和其他研究人员的研究有了突破性的进展，他们宣布极小的硅晶体可以放大光线。一个月之后，美国布宜诺斯大学的研究人员宣称他们也实现了用硅晶体放大光线。接着，英国萨里大学的科学家在Kevin Homewood的带领下宣布，他们已经开发出了一种硅发光二极管。尽管功率有限，但这个发现作用不小。但是，在晶体中放大光线或者发光二极管是一回事，产生聚集的激光又是另一回事。如果我们能够产生硅激光，光纤连接的问题就算解决了。
4年后的今天，曙光出现了。美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的机电工程师Bahram Jalali和他的同事Ozdal Boyraz 日前已经在最新一期的《Optics Express》学术期刊上公布了他们的研究。“有很多人尝试过，但是没有人在这以前制造出硅激光，”Jalali自豪地说。
为了制造出优质激光，你需要一种原材料，它可以输入能量并在有规律的周期性运动中转换成光能。但硅在这方面还存在问题，因为它在原子栅格的振动中会丧失很大一部分能量。Jalali和Boyraz在这方面取得了突破，他们利用硅原子自身的振动来产生激光。Jalali说：“我们的研究使用硅原子的振动来产生并放大激光。”
当然，在激光正式应用于台式电脑前，我们还得等几年的时间。目前所实现的是用一束激光为硅激光提供外部动力，而不是直接由电能转换成光能，这是Jalali研究新的激光原材料的一种共同的方法。Jalali称，电脑使用硅激光处理器有待时日，由电能转换成光能的这个跨越一定会实现。他们还需要研究如何把硅激光做进硅芯片中，使它成为芯片中自带的一部分。