Il futuro delle comunicazioni viaggia alla velocità della luce

Con un articolo pubblicato sul prestigioso periodico "Nature", Intel ha annunciato di aver realizzato il primo laser ad onda continua basato su tecnologia CMOS (la stessa impiegata per la realizzazione dei circuiti integrati presenti nei comuni microprocessori).

Grazie a questa tecnologia sarà possibile, in futuro, portare le velocità di trasferimento tipiche dei laser (circa 300.000.000 di metri per secondo) all'interno dei personal computer. Il campo di applicazione che una simile innovazione potrebbe avere è vastissimo: si va dall'interconnessione di processori e controller ad alta velocità fino alla medicina (in cui i laser sono già impiegati da tempo).

Già in passato il Photonics Technology Lab di Intel, diretto da Mario Paniccia, si era concentrato sulla possibilità di trasmettere segnali luminosi attraverso il silicio. Proprio le proprietà intrinseche della struttura policristallina di questo elemento (tetravalente, forma legami tali da disegnare veri e propri cubi, detti "cristalli") consentono di amplificare la luce che lo attraversa.

Purtroppo l'interazione tra fotoni (unità fondamentale ed indivisibile della luce) e atomi di silicio può dare origine ad un fenomeno quanto-meccanico, l"two-photons absorption". Due fotoni che collidano contemporaneamente con un atomo di silicio vengono "assorbiti" e la loro energia risulta sufficiente a liberare un eletrone che, così, non orbiterà più attorno all'atomo ma diventerà un cosiddetto "free carrier" (portatore di carica libero).

Al seguente indirizzo è disponibile un'animazione flash molto dettagliata, che illustra al meglio come operi questo processo:

ftp://download.intel.com/technology/silicon/sp/download/Analyst_028.htm

Gli elettroni che si liberano per questo effetto attenuano l'amplificazione fino a rendere praticamente inutilizzabile il dispositivo. I ricercatori di Intel hanno risolto il problema grazie all'impiego di un diodo cui ci si riferisce con la sigla P-I-N (rispettivamente lo strato di silicio drogato positivamente, quello amorfo e quello drogato negativamente). Applicando una differenza di potenziale al PIN è possibile allontanare gli elettroni liberi dal percorso dei fotoni migliorando, così, l'efficienza dell'amplificatore.

Il diodo presentato dai ricercatori Intel si basa sul cosiddetto "effetto Raman". Negli anni '30 lo scienziato indiano Chandrasekhar Venkata Raman scoprì interessanti caratteristiche dello spettro di un raggio di luce bianca che aveva attraversato un particolare materiale: oltre alle bande attese, infatti, Raman osservò la presenza di alcune componenti di lunghezza d'onda giustificate unicamente dall'interazione tra i fotoni e gli atomi del materiale attraversato. Le scoperte dello scienziato indiano, hanno portato a individuare nel silicio un materiale capace di amplificazioni 10.000 volte maggiori di quelle tipiche della fibra ottica.

Link:
http://www.intel.com/technology/silicon/sp/index.htm
Articolo Nature:
ftp://download.intel.com/technology/silicon/sp/download/nature_cw_laser.pdf
Sui laser ad effetto Raman:
ftp://download.intel.com/technology/silicon/sp/download/nature03273.pdf