เว็บสล็อต , สล็อตแตกง่าย เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ใหม่ให้พลังงานสูงที่ความถี่เดียว

เว็บสล็อต , สล็อตแตกง่าย แผนผังของเลเซอร์ BerkSEL กำลังสูง: แผนผังของ Berkeley Surface Emitting Laser (BerkSEL) แสดงลำแสงปั๊ม (สีน้ำเงิน) และลำแสงเลเซอร์ (สีแดง) คริสตัลโฟโตนิกหกเหลี่ยมก็มีภาพประกอบเช่นกัน นักวิจัยในสหรัฐอเมริกาได้ผลิตเลเซอร์ที่ควรจะปรับขนาดได้จนถึงกำลังสูงโดยพลการโดยที่ยังคงความบริสุทธิ์ของความถี่ไว้ การประดิษฐ์ของพวกเขาซึ่งอาศัยความคล้ายคลึงกันกับฟิสิกส์ของ

อิเล็กตรอนในสารกึ่งตัวนำ Dirac 

เช่น graphene ช่วยแก้ปัญหาย้อนหลังไปถึงการประดิษฐ์เลเซอร์ นักวิจัยเชื่อว่างานของพวกเขายังสามารถสร้างแรงบันดาลใจในการค้นพบทฤษฎีพื้นฐานในกลศาสตร์ควอนตัมในระดับมหภาค

เลเซอร์ใดๆ โดยพื้นฐานแล้วประกอบด้วยสององค์ประกอบที่สำคัญ: โพรงและตัวกลางขยาย – มักจะเป็นเซมิคอนดักเตอร์Boubacar Kantéจาก University of California, Berkeley อธิบาย – ผู้เขียนอาวุโสของบทความที่จะปรากฏในNatureซึ่งอธิบายเกี่ยวกับเลเซอร์ “เซมิคอนดักเตอร์ปล่อยคลื่นความถี่กว้างๆ และช่องจะเลือกความถี่ที่จะขยายเพื่อให้ถึงเกณฑ์การเลเซอร์”

ปัญหาคือว่าโพรงใด ๆ จะสนับสนุนไม่เพียง แต่ความถี่ “พื้นฐาน” ของเลเซอร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงสถานะตื่นเต้นที่มีความถี่สูงกว่าอีกหลายสถานะ การปั๊มโพรงให้หนักขึ้นเพื่อเพิ่มพลังของเลเซอร์ย่อมมีแนวโน้มที่จะกระตุ้นสถานะความถี่สูงเหล่านี้ไปสู่เกณฑ์การเกิดเลเซอร์ เลเซอร์กำลังสูงต้องการโพรงที่ใหญ่กว่า แต่สิ่งเหล่านี้รองรับคลื่นความถี่ที่หนาแน่นกว่า

ไม่มีใครรู้ว่าต้องทำอย่างไรกับมัน

Kantéกล่าวว่า “ถ้าการได้รับทับซ้อนกับปัจจัยพื้นฐานเท่านั้น ก็จะเกิดเฉพาะปัจจัยพื้นฐานเท่านั้น และผู้คนจะสร้างนาโนเลเซอร์ตลอดเวลาโดยไม่มีปัญหา” “แต่ถ้าโหมดลำดับที่สูงกว่าเข้ามาใกล้ คุณไม่สามารถแยกความแตกต่างระหว่างสองสิ่งนี้และทั้งคู่ก็จะลาออก นี่เป็นปัญหาที่มีมายาวนาน 6 ทศวรรษ ทุกคนรู้ดี และไม่มีใครรู้ว่าต้องทำอย่างไร”

จนถึงตอนนี้นั่นก็คือ หากโหมดคาวิตี้พื้นฐาน

สามารถดูดซับพลังงานทั้งหมดจากตัวกลางเกน นักวิจัยให้เหตุผล โหมดลำดับที่สูงกว่าทั้งหมดจะถูกระงับ ปัญหาในช่องเลเซอร์แบบเดิมคือฟังก์ชันคลื่นของสถานะกราวด์อยู่ที่ระดับสูงสุดที่กึ่งกลางของโพรงและตกลงไปที่ศูนย์ไปทางขอบ “ในทุกพื้นผิวที่เปล่งแสงเลเซอร์ หรือโพรงใดๆ ที่เรารู้จักจนถึงปัจจุบัน… จะไม่มีการเกิดเลเซอร์ [ที่ความถี่พื้นฐาน] จากขอบ” Kanté อธิบาย; “ถ้าไม่มีการเลซจากขอบ คุณก็จะได้กำไรมากมายที่นั่น และด้วยเหตุนี้โหมดลำดับที่สองจึงอยู่ที่ขอบ และในไม่ช้าเลเซอร์ก็จะกลายเป็นโหมดมัลติโหมด”

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ Kanté และเพื่อนร่วมงานใช้คริสตัลโฟโตนิก โครงสร้างเหล่านี้เป็นโครงสร้างแบบคาบ ซึ่งเหมือนกับเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ มี “ช่องว่างของแถบความถี่” ซึ่งเป็นความถี่ที่ทึบแสง เช่นเดียวกับกราฟีนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ผลึกโฟโตนิกมักมีรูปกรวย Dirac อยู่ในโครงสร้างวงดนตรี ที่จุดยอดของกรวยดังกล่าวคือจุด Dirac ซึ่งช่องว่างของวงปิดลง

คริสตัลโฟโตนิกหกเหลี่ยม

นักวิจัยได้ออกแบบช่องเลเซอร์ที่มีโครงผลึกโฟโตนิกหกเหลี่ยมที่เปิดอยู่ที่ขอบ ทำให้โฟตอนรั่วไหลเข้าไปในพื้นที่รอบคริสตัลได้ ซึ่งหมายความว่าฟังก์ชันคลื่นไม่ได้จำกัดอยู่ที่ศูนย์ที่ขอบ คริสตัลโฟโตนิกมีจุด Dirac ที่โมเมนตัมเป็นศูนย์ เนื่องจากโมเมนตัมเป็นสัดส่วนกับเวกเตอร์คลื่น เวกเตอร์คลื่นในระนาบจึงเป็นศูนย์ ซึ่งหมายความว่าช่องรองรับโหมดที่มีค่าเดียวทั่วทั้งตาข่าย หากช่องถูกสูบด้วยพลังงานของโหมดนี้ พลังงานไม่เคยเข้าสู่โหมดอื่นไม่ว่าช่องจะใหญ่แค่ไหน “โฟตอนไม่มีโมเมนตัมในระนาบ ดังนั้นสิ่งเดียวที่เหลือก็คือให้โฟตอนหนีในแนวตั้ง” ก็องเต้อธิบาย

นักวิจัยได้ประดิษฐ์ฟันผุที่ประกอบด้วยหลุม 19, 35 และ 51 รู:

 “เมื่อคุณไม่ได้สูบน้ำที่ภาวะเอกฐานของความถี่ Dirac คุณจะเห็นว่ามีการสูญเสียที่จุดสูงสุดหลายจุด” Kanté กล่าว “ที่ภาวะเอกฐานของ Dirac มันไม่เคยกลายเป็นโหมดหลายโหมด โหมดแบนจะลบเกนสำหรับโหมดการสั่งซื้อที่สูงขึ้น” แบบจำลองทางทฤษฎีแนะนำว่าการออกแบบควรใช้งานได้แม้ในโพรงที่มีรูหลายล้านรู

แหล่งกำเนิดทอพอโลยีเปล่งแสงด้วยโมเมนต์เชิงมุมเชิงมุมสูงและหลายชั้น

ในอนาคต Kanté เชื่อว่าแนวคิดที่พัฒนาโดยทีมของเขาอาจมีนัยยะในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เอง และต่อความสามารถในการปรับขนาดของกลศาสตร์ควอนตัมต่อโลกมหภาคโดยทั่วไปมากขึ้น “ความท้าทายทั้งหมดในวิทยาศาสตร์ควอนตัมคือการปรับขนาด” เขากล่าว “ผู้คนกำลังทำงานเกี่ยวกับ qubits ตัวนำยิ่งยวด อะตอมที่ติดอยู่ ข้อบกพร่องในผลึก…สิ่งเดียวที่พวกเขาต้องการทำคือสเกล ข้ออ้างของฉันคือเกี่ยวข้องกับธรรมชาติพื้นฐานของสมการชโรดิงเงอร์ เมื่อระบบปิด ระบบจะไม่ปรับขนาด ถ้าคุณต้องการให้ระบบขยายได้ ระบบต้องมีการสูญเสีย” เขากล่าว

Liang Fengจากมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนียกล่าวเสริมว่า “เลเซอร์พื้นที่กว้างโหมดเดียวเป็นหนึ่งในจอกศักดิ์สิทธิ์ที่ชุมชนเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ไล่ตามอย่างแข็งขันและความสามารถในการปรับขนาดเป็นข้อดีที่สำคัญที่สุด” “[ผลงานของ Kanté] แสดงให้เห็นสิ่งที่ผู้คนกำลังมองหา และแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการปรับขนาดที่ยอดเยี่ยมซึ่งได้รับการสนับสนุนจากผลการทดลองที่ยอดเยี่ยม เห็นได้ชัดว่าต้องมีการทำงานมากขึ้นเพื่อเปลี่ยนกลยุทธ์นี้ 

ซึ่งแสดงให้เห็นในเลเซอร์ที่ปั๊มด้วยแสง ให้เป็นเลเซอร์ไดโอดที่ฉีดด้วยไฟฟ้าที่ทำงานได้ แต่เราสามารถคาดหวังได้ว่างานนี้จะสร้างแรงบันดาลใจให้กับเลเซอร์ประสิทธิภาพสูงรุ่นใหม่ ซึ่งจะเป็นประโยชน์ต่ออุตสาหกรรมที่เปลี่ยนแปลงเกมมากมาย เช่นระบบเสมือนจริงและความเป็นจริงเสริม LiDAR การป้องกันและอื่น ๆ อีกมากมายที่เลเซอร์มีบทบาทสำคัญ”

ทีมงานได้ขนานนามอุปกรณ์ของตนว่า Berkeley Surface Emitting Laser (BerkSEL) และอธิบายไว้ในเอกสารเวอร์ชันตัวอย่างที่ไม่ได้แก้ไขซึ่งปัจจุบันมีอยู่ในเว็บไซต์Nature เว็บสล็อต , สล็อตแตกง่าย