A Hét 1984/2 (29. évfolyam, 28-52. szám)

1984-09-21 / 39. szám

Egy amerikai kutató és diák segítőtársai addig közelítették egymáshoz a lézert és az elektronikát míg azok végül békésen társultak egymással egyetlen apró elektronikus morzsán. Az eredmény: ezer telefonbeszélgetés egy időben, egyetlen vékony üvegszál segítségével. Ez még csak a kezdetet jelentette, ám a japánok — mint mindig — ezúttal is résen voltak1

Tudomány-technika

Az elmúlt tíz év nemegyszer támadt az a vánsága, hogy bárcsak bírna olyan talommal, amellyel Amerika optoelektronikai iparának költségvetését kedve szerint használhatná fel. Meggyőződése volt ugyanis, hogy az amerikaiaknak a japánokkal szembeni előnye forog kockán abban a versenyben, amely azért folyik, hogy ki dolgozza ki elsőnek az új technológiát arra az időre, amikor a világon megkezdődik a távközlési rendszerek átállása a villamos jeleket továbbító rézkábelről a fényimpulzusokat vezető, hajszálvékony üvegszálra. A verseny tétje nyilvánvaló volt. Egyetlen, a pókháló szálával egyező vastagságú üvegszálon át annyi információ továbbítható, mint több száz hagyományos, rézhuzalból sodrott kábelköteg segítségével. A nagy teljesítményű távközlési hálózatok, ha lézerrel kilőtt fotonok — fény — segítségével bonyolítják le jelforgalmukat, a régi, elektromos jelforgalom többszörösét képesek teljesíteni. Egyetlen vékonyka üvegszál egyidejűleg ezer telefonbeszélgetés lebonyolítására alkalmas. Sőt, legújabban már televízió- és URH-adások jeleit is tudják üvegszálon keresztül továbbítani.

A számítógépek egy következő generációjában üvegszálak fogják az információkat

— a mai rendszerekhez képest több ezerszeres sebességgel — továbbítani; a tervezett szuperkomputerekhez szükség is lesz ilyen jelátviteli sebességre. Két üvegszálakkal huzalozott számítógép, egymással összekapcsolva, Tolsztoj Háború és békéjének szövegét körülbelül egy század másodperc alatt Judná egymásnak átadni.

A nagy fogás

Az üvegszálak által továbbított jeleket lézerek állítják elő. A jelenlegi üvegszálakban olyan alacsony szintű a jeltovábbítás vesztesége, hogy tized-huszadannyi gyakorisággal van szükség a jelek erősítésére, mint a hagyományos villamos jelek esetében. Ha áram ér egy légypiszok méretű lézerkristályt, az mintegy 3 milliwattnyi fényt bocsát ki, pontosan szabályozott hullámhosszal és olyan, egyetlen sugárba fókuszálva, hogy az igy létrejött fénysugár fényesebb a Nap felszínénél. A lézersugár másodpercenként több milliárdszor kioltható és újra bekapcsolható, s minden egyes ilyen ki-bekapcsolási ciklus egy bit információ leadását jelenti.

A hetvenes évek elején Yariv arra a megállapításra jutott, hogy a száloptikán alapuló távközlési rendszerek tömegméretű elterjedésének kulcsa az egyetlen félvezető chipen

— elektronikus morzsán — egyesített tranzisztorok és miniatűr lézerek előállítása. Akkoriban ilyen integrált lézerchip létrehozásának szükséges bonyolult berendezésekkel és magasan képzett kutatógárdával csak a nagy ipari kutató-fejlesztő laboratóriumok rendelkeztek. Ez idő tájt a kísérleti és még meglehetősen primitív mikrolézerek külön, vezetékes tápegységről működtek. Ez az elkülönültség, Yariv véleménye szerint, alkalmatlan és lassú volt a száloptikás kommunikáció megkövetelte működési sebességhez képest.

Felfigyeltek a japánok Ipari kutató kollégáihoz képest Yariv. meglehetősen ellentmondásos figura, akinek kutatási eredményei briliánsak, nézetei messze korunk előtt járnak. Az ipari kutatólaboratóriumokban dolgozó versenytársai csak vállukat vonogatták, amikor Yariv összpontosított, jóval intenzívebb kutatásokra akarta rábírni őket. Az ipari laborokban ekkor folyt a különálló optikai és elektronikai egységekből felépülő száloptikás rendszerek, az „első generáció" technológiájának kipróbálása. A kutatók úgy vélték, túl korai lenne még az összes részegységet egyetlen chipbe tömörítő, lényegesen korszerűbb „második generációs" gyártási eljárások kifejlesztése.

Yariv azonban úgy gondolta, hogy a lézer és az elektronika egyetlen chipbe integrálása a kereskedelmi célú alkalmazásoknál is fontosnak bizonyulhat, és ezért előbb-utóbb megoldandó. A napjaink számítógépében használt szilícium-morzsát fotokémiai eljárásokkal, automatikus folyamatokban állítják elő.

— Csakis e technológiák folytán válhatott lehetségessé, hogy ma néhány száz dollárért megvehetünk zsebkalkulátorokat, amelyeknek számítási kapacitása felér az ötvenes évek egész épületet megtöltő számítógépeinek képességeivel — mondja Yariv. — Ehhez hasonlóan — teszi hozzá — a mai mikrolézer-technológia hirtelen versenyképtelenné, feleslegessé válhat, amint megjelenik új, integrált változata.

„. . . Gyorsan tanultunk..."

A lézer, amelynek megépítését Yariv és caltechbeli diákkollégái elhatározták, forradalmian új. Lényege, hogy egyetlen morzsán helyezkedik el a lézer, valamint az ellenőrzésre, fényimpulzusainak stabilizálására és erősítésére szolgáló mikroelektronikai áramköri rendszer. Ellentétben tehát minden korábbi lézerrel, ez a „hátán" fogja hordozni saját elektronikus kapcsolótábláját. Ám egy ilyen lézer megtervezésekor rendkívül bonyolult problémákkal kell megküzdeni. 1972-re, amikor a Caltechlaborban a munka beindult, az amerikai ipar már hatalmas tőkét ruházott be a szilícium-morzsa technológiájába. Ekkor alakult ki az az ipar, amely Amerikát a világ első számú számítástechnikai nagyhatalmává tette, s ekkorra jött létre az az üzemektől sűrűn betelepült térség, amely találóan a Szilícium-völgy nevet kapta. A szilícium olcsó volt, könnyen megmunkálható, s bőséges készletek álltak rendelkezésre belőle. Yariv céljai számára azonban a Kaliforniában készített szilíciumchipek körülbelül annyit értek, mint egy sugárhajtású óriásgép helyett a propelleres, kétfedelű repülő annak, aki gyorsan akar repülni. A szilícium nemcsak túl lassú volt az optoelektronikai áramkörök igényeihez képest, de fényt sem tudott kibocsátani.

— Legnagyobb gondunk az volt — emlékszik vissza Yariv —, hogy megtaláljuk az „anyagkristályt", egy olyan anyagot, amely optikai és elektronikai szempontból egyaránt megfelel céljainknak. Még évekkel korábban, amikor Yariv a Bell Laboratóriumban dolgozott, kísérleti galliumarzenid lézerekkel is foglalkozott: e lézerben a jövő telefonjának egyik elemét látták. Ilyen típusú „nyers" lézereket a MIT Lincoln Laborja, a General Elektronic és az IBM már 1962-ben kifejlesztett, sőt a Bell jelenlegi rendszerei is galliumarzenid lézereket használnak, szilícium-chipekkel, mint elektronikus elemekkel kombinálva. Yariv felfigyelt a galliumarzenidre jellemző igen nagy sebességre. Az elektronok 4—5-ször gyorsabban haladnak át rajta, mint a szilíciumon, kevesebb energiát használnak el, és ami a legfontosabb, a galliumarzenid szintén alkalmas a chip „szerepre", tehát nyerhető belőle olyan kristály, amelyben a lézer mellett a szükséges elektronika is elhelyezkedhet.

Yariv a kezdetektől ragaszkodott hozzá, hogy a vezetése alatt álló egyetemi laboratórium a lézerek fejlesztésében az ő tudományos és szigorúan elemző módszere szerint járjon el. Két diákgeneráció „szolgálta le" idejét a laborban, összesen mintegy húszán, mire három évvel ezelőtt sor kerülhetett az első integrált chip sikeres bemutatkozására.

Ötéves késéssel

Négy évvel ezelőtt egy enyhe téli délutánon izgatott nyüzsgés töltötte meg Yariv laboratóriumát, amikor egy doktorjelölt, Israel Ury kipróbálta a Caltech és a világ első integrált lézer-tranzisztor chipjét, nyolcévi kitartó kutatás gyümölcsét. — Mindenki benyomakodott, hogy lássa, hogyan működik ez a csodálatos „kétfejű bébi" — meséli Ury.

— Bekapcsoltuk az áramot: pompásan működött az egész. Aztán gratuláltunk egymásnak és hazamentünk.

— A Caltech létrehozta az Egyesült Államokban valaha is készült legmodernebb lézert — jelentette ki nem sokkal ezután Yariv.

— Sikeresen integráltuk az optika és az elektronika két főszereplőjét: a lézert és a tranzisztort. Diákjaim mindvégig eme új technológia első vonalában dolgoztak, olyan problémákat oldottak meg, amelyekkel ez idáig senki nem próbálkozott a félvezető-fizika, a kvantumelektronika és az optika területén. És mindez hiába, mert úgy tűnik, hogy ezen a területen is a japánok veszik át a vezetést. Az amerikaiak máris elvesztették a versenyt. Olyan munkát végeztünk el, amely valójában egy nagyvállalat kutató-fejlesztő laboratóriumának a feladata lett volna. Most azonban mint egy amerikai egyetem amerikai professzorának be kell látnom, hogy végül is a japánoknak végeztünk el egy rendkívül fontos kutatást. Jellemző, hogy az amerikai vállalatok csak most, öt évvel a japánok mögött lemaradva fognak hozzá a munkához.

Azokra a mérnökökre, akik Yariv keze alatt végeztek, valósággal vadászik az amerikai ipar: a frissen végzettek is közel 50 ezer dolláros évi fizetési ajánlatokat kapnak. Az események iróniája, hogy az egyik volt diák, aki részt vett a Caltech-lézer fejlesztésében, s abból is doktorált, most, miután visszatért hazájába — Micsiharu Nakamura a neve —, Japán egyik legismertebb lézerszakértöje, egyben a Hitachi optoelektronikai programjának vezetője lett.

Az Egyesült Államoknak több tudósa működik ezen a területen de — ellentétben a japánokkal — nem együtt, hanem külön-külön dolgoznak; ha mégis összefognának, megsértenék a trösztellenes törvényt. így tehát egymástól függetlenül kutatnak, szerte az országban; többségük katonai programokon dolgozik, igy kutatásaik eredménye a polgári felhasználásban nem jelenik meg.

(IPM)

)

16