激光的與計算機的

1、激光與計算機計算機科學與技術0904 杜立明激光，英文名稱是 LASER,取自Light Amplification byStimulated Emissi on of Radiation的各單詞頭一個字母組成的縮寫詞，意思是"通過受激發(fā)射光擴大"。一、激光產生的原理光的產生與光源內部原子運動狀態(tài)有關，原子內的原子核和核外 電子間存在著吸引和排斥的矛盾，電子按一定的半徑的軌道圍繞原子 核運動。當原子接受一定的外來能量或向外釋放一字的能量時，核外電子的運動軌道半徑將發(fā)生變化，即產生能級變化，同時向外輻射光 子，這就是發(fā)光的原理。激光是通過入射光子影響處于亞穩(wěn)態(tài)高能級的原子、

2、離子或分子 子躍遷到低能級而完成受激輻射時發(fā)出的光， 簡言之，激光就是受激 輻射得到的加強光。二、激光的特性激光具有高強度、高亮度、方向性好、單色性好的特性?；诩す獾奶匦裕ㄟ^一系列的光學系統(tǒng)聚焦成平行度很高的微 細光束，獲得極高的能量密度照射到材料上，使材料在極短的時間內熔化甚至氣化，以達到加熱和去除材料的目的。三、激光在計算機領域的應用根據(jù)激光的特性及其在計算機領域的引喲個的形式，可粗略分為 兩類：一、直接用于計算機的生產過程中；二、直接應用于設備中。激光在計算機制造中的應用隨著半導體制作工藝的快速發(fā)展，芯片中的晶體管尺寸逐年減 小，電路集成度日益提高，芯片生產工藝面臨嚴峻挑戰(zhàn)。隨著超高

3、速、超高頻、超高集成度電路及器件的研制和開發(fā)，線寬的特征尺寸已進入深亞微米、百納米以至納米級。為到達這樣的工 藝，實際生產中采用更短的照射光波長發(fā)展了幾種新型的光刻技術 如：電子束曝光技術、遠紫外線技術、XRL技術以及157nm準分子 激光刻寫技術等。這些平板印刷技術雖然各有優(yōu)勢，但價格昂貴，生 產耗時。針對上述平版印刷術給光掩模制造帶來的種種困難，新加坡南洋工業(yè)大學的B. K. A. Ngoi等人采用飛秒激光發(fā)展了一種全新 的，干凈、低成本、高效率的一步式直接刻寫光掩模制造技術。這對 于逐步取代傳統(tǒng)的平版印刷術在薄片硅太陽能電池、平板顯示等多種微電子器件制作中的應用具有非常重要的意義。另一方

4、面，電路集成度的提高使得光掩模的復雜程度大大增加。 對于如此復雜的光掩模，要實現(xiàn)毫無缺陷的制作過程將變得非常困 難，甚至不太可能。目前這已經(jīng)被列為限制下一代微芯片發(fā)展的主要 因素。這些缺陷通常包括在光掩模版上的某個非合適位置處殘留有多余的 金屬吸收體。它們的去處必須讓該位置對光具有高透射率， 同時又不 能損傷襯底硅材料及其相鄰的區(qū)域，應用傳統(tǒng)的納秒激光燒蝕技術很 難滿足這種要求，而聚焦離子束實現(xiàn)的最小修補線寬為0.35阿。而 飛秒激光技術能很好的修復光掩模。隨著電子產品朝著便攜式、小型化、網(wǎng)絡化和多媒體化的方向發(fā) 展，單位體積信息的提高（高密度）和單位時間處理速度的提高（高速化） 對微電子封裝

5、技術提出不斷增長的新需求。 提高芯片封裝水平的關鍵 之處就是在不同層面的線路之間微型過孔， 微型過孔越小，給電路板 留有更多的布線空間，也越適合高速電路。傳統(tǒng)的技術只能做到孔徑 100um的工藝，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)階段的要求。取而代之的是激光微 型過孔加工方式，使的過孔的直徑可達到 10um左右。激光在晶片的切割、劃割中由其快速，準確，無需水冷卻，對晶 片損傷小等優(yōu)點而被廣泛應用。激光直接在計算機設備中應用激光是一種方向性極好的單色相干光。利用激光來有效地傳送信 息，叫做激光通信。激光通信具有以下優(yōu)點：1、通信容量大。在理 論上，激光通信可同時傳送1000萬路電視節(jié)目和100億路電話；2、 保密性

6、強。激光不僅方向性特強，而且可采用不可見光，因而不易被 截獲；3、結構輕便，設備經(jīng)濟。由于激光束發(fā)散角小，方向性好， 激光通信所需的發(fā)射天線和接收天線都可做的很小，一般天線直徑為 幾十 厘米，重量不過幾公斤。美國的一項尖端芯片技術的研究，讓芯片使用激光在硅光學原件 上通訊，以此來提高計算機性能并通過更緊密的集成芯片來減少功 耗。以此制造出來的計算機將更快速、更小巧、更節(jié)能。該技術研究的目標是解決目前超級計算機設計面臨的嚴重瓶頸：將信息高速度的在成百上千的處理器中傳遞?；诠鈱W技術、激光技術、微電子技術、材料科學、細微加工 技術、計算機與自動控制技術而發(fā)展起來的光存儲技術，隨著技術與工藝的發(fā)展，

7、也得到了長足的進步。光存儲的記錄密度、容量、數(shù)據(jù) 傳輸率、尋址時間等關鍵技術快速提高。3-D光學存儲技術是近年來在海量存儲領域內的一個新的、非 常重要的發(fā)展方向。特別是最近幾年，隨著飛秒激光技術的發(fā)展成熟， 基于雙光子非線性過程實現(xiàn)材料表面和內部任意空間上的亞微米操 作，為發(fā)展超高密度的3-D光學存儲技術提供了一個全新的思路。 飛秒激光雙光子存儲技術的優(yōu)點在于：1、高達1012 bits(100GB)/cm 3 的巨大體存儲密度；2、快速的數(shù)據(jù)讀、寫；3、并行隨機存取；4、 存儲介質成本低廉；5、相鄰數(shù)據(jù)位層之間的串擾小。四、未來展望，光子器件隨著科技的不斷發(fā)展，世界正在向光子時代邁進，目前的各種 電子元器件正在被全光學元件所取代，并將其逐步微小化和集成化在 一個緊湊的功能系統(tǒng)內，成為