ตั้งแต่การประดิษฐ์เลเซอร์เมื่อเกือบ 40 ปีที่แล้ว มีแนวโน้มที่ไม่หยุดยั้งในการสร้างอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กลง มีประสิทธิภาพมากขึ้น และปรับได้ในช่วงความยาวคลื่นที่กว้างขึ้น สิ่งนี้ได้รับความสำเร็จจากการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องในองค์ประกอบหลักสามประการของเลเซอร์ สื่อที่ใช้งานซึ่งให้การขยายเสียง ปั๊มที่ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงาน และตัวสะท้อนที่ให้เสียงสะท้อนกลับ ความก้าวหน้าล่าสุด
นักวิจัย
จาก ในสหรัฐอเมริกา และสถาบัน สำหรับฟิสิกส์ของระบบที่ซับซ้อนในเมือง ประเทศเยอรมนี ได้จัดการกับข้อจำกัดที่กำหนดโดยเครื่องสะท้อนเสียงด้วยเลเซอร์ด้วยวิธีใหม่และมีประสิทธิภาพ พวกเขาได้รับลำแสงเลเซอร์ที่แรงจากไมโครดิสก์เลเซอร์ ซึ่งก่อนหน้านี้สามารถผลิตแสงเลเซอร์ที่แผ่ออกมาเพียงเล็กน้อยเท่านั้น เทคโนโลยีเลเซอร์มีมาไกลตั้งแต่ทศวรรษที่ 1960 เลเซอร์รุ่นแรกสุด
เช่น อุปกรณ์ทับทิมและฮีเลียม-นีออน เป็นเครื่องมือที่น่ากลัว พวกเขาพึ่งพาตัวกลางที่เจือจางด้วยระดับพลังงานที่ไม่ต่อเนื่อง เช่น ก๊าซหรือไอออนเจือปนที่กระจายอยู่ในกลไกการปั๊มภายนอกที่เป็นของแข็ง เช่น ไฟฉายขดขนาดใหญ่หรือก๊าซเสริมที่กระตุ้นโดยขดลวดความถี่วิทยุ และตัวสะท้อนเสียงภายนอก
ที่ยุ่งยากซึ่งประกอบด้วยกระจกแบนสูงและกระจกสะท้อนแสง .การกำเนิดของเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์ในปี 1962 ซึ่งพัฒนาขึ้นเกือบพร้อมๆ กันได้เปลี่ยนทั้งหมด ตัวกลางที่แอคทีฟซึ่งประกอบด้วยจุดเชื่อมต่อ pn ของเซมิคอนดักเตอร์ ในกรณีนี้คือของแข็งสามมิติที่หนาแน่น ทางแยกอาจทำจากวัสดุต่างๆ
เพื่อให้สามารถปรับพลังงานของแถบความถี่และความยาวคลื่นที่เปล่งออกมาได้โดยการปรับเปลี่ยนองค์ประกอบ กระบวนการสูบน้ำทำได้ง่าย: กระแสที่ไหลผ่านทางแยกจะสร้างคู่ของรูอิเล็กตรอนที่รวมตัวกันอีกครั้งเพื่อปล่อยโฟตอน กระจกเรโซเนเตอร์จัดเตรียมไว้โดยการสะท้อนพื้นผิว
ที่เกี่ยวข้องกับดัชนีการหักเหของแสงสูงของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ขนาดลดลง ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น และช่วงความยาวคลื่นที่เข้าถึงได้เพิ่มขึ้นอย่างมาก ไม่ใช่เรื่องเกินจริงที่จะมองว่าการประดิษฐ์เลเซอร์ฉีดเซมิคอนดักเตอร์เป็นจุดเริ่มต้นของยุคใหม่ของควอนตัมอิเล็กทรอนิคส์ ซึ่งในท้ายที่สุด
จะเป็น
ตัวกลางในการเป็นหุ้นส่วนที่ยุติธรรมระหว่างโฟโตนิกส์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ มีการพัฒนาที่สำคัญหลายอย่างในเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ตามมา โครงสร้าง คู่แทนที่จุดเชื่อมต่อ pn ธรรมดา ลดขีดจำกัดของเลเซอร์และเพิ่มประสิทธิภาพ สารประกอบของเซมิคอนดักเตอร์สามหรือสี่ตัว
ควบคู่ไปกับวิศวกรรมแบนด์-แกป ทำให้เกิดช่วงความยาวคลื่นที่หลากหลาย Gratings สามารถรวมเข้ากับตัวกลางที่ใช้งานอยู่ได้โดยตรง โดยสร้างเลเซอร์แบบกระจายเสียงตอบรับ (DFB) เพื่อเสริมการทำงานของเลเซอร์ตัวสะท้อนเสียงเป็นก้อนที่มีอยู่ มิติของตัวกลางที่แอคทีฟลดลงมาก
สองมิติให้กำเนิดเลเซอร์ควอนตัมเวล ในขณะที่มิติเดียวให้กำเนิดเลเซอร์ลวดควอนตัม แม้แต่อุปกรณ์ที่ไม่มีมิติก็ยังปรากฏอยู่ข้างหน้าในรูปแบบของเลเซอร์ควอนตัมดอทที่ประกอบด้วยอะตอมเพียงไม่กี่พันอะตอม และการกำหนดค่าช่องในแนวตั้งทำให้สามารถสร้างเลเซอร์ขนาดเล็กบนชิปตัวเดียว
แม้ว่าการพัฒนาเหล่านี้มีความสำคัญเพียงใด ความสำเร็จที่โดดเด่นยังคงดำเนินต่อไป ในช่วงต้นทศวรรษ 1990 มีการสร้างอุปกรณ์ที่ไม่ต้องการการรวมตัวกันของรูอิเล็กตรอนอีกครั้งเพื่อกระตุ้นการปล่อย แทนที่จะสร้างแสงจากการเปลี่ยนอิเล็กตรอนในหลุมควอนตัมคู่
เลเซอร์ควอนตัมคาสเคด (QCLs) เหล่านี้ถูกสร้างขึ้นโดยใช้รูปแบบวิศวกรรมช่องว่างที่ละเอียดประณีตซึ่งเกิดขึ้นได้ด้วยเทคโนโลยีโมเลกุล ลำแสง ให้การทำงานของเลเซอร์ที่แรงและปรับค่าได้ในย่านอินฟราเรดกลางของสเปกตรัมที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งมีแนวโน้มในการใช้งานใหม่และสำคัญ
ในงานใหม่นี้ และเพื่อนร่วมงานของเธอได้ปรับเลเซอร์ควอนตัมคาสเคดให้มีรูปร่างเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าขนาดเล็ก (50 X 70 µm) โดยมีกระแสธรณีประตูต่ำมากและทิศทางที่ดีเยี่ยม พวกเขาทำสิ่งนี้ได้ด้วยการหันความสนใจไปที่ตัวสะท้อนเสียงแบบวงกลมสองมิติที่ใช้ในไมโครดิสก์เซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์
ตัวสะท้อนเสียงเหล่านี้รองรับโหมด “กระซิบ-แกลเลอรี” ซึ่งตั้งชื่อตามความง่ายที่เสียงกระซิบอะคูสติกสามารถกระดอนไปตามพื้นผิวนูนของโดมโบสถ์หรือแกลเลอรี โหมดดังกล่าวอาศัยการสะท้อนกลับทั้งหมดภายในและการมองรอบขอบด้านในของตัวสะท้อนด้วยมุมตกกระทบที่มากกว่ามุมวิกฤติเสมอ
เพื่อป้องกัน
ไม่ให้หักเหออกจากอุปกรณ์ แม้ว่าเลเซอร์เหล่านี้จะมีขนาดเล็กที่สุดในโลก แต่แสงจะออกมาจากเลเซอร์เหล่านี้ผ่านทางอีวาเนสเซนซ์ (โฟตอน ทันเนลลิ่ง) เท่านั้น สิ่งที่ และเพื่อนร่วมงานทำคือทำให้วงกลมสะท้อนเสียงแผ่ลงเพื่อสร้างโครงสร้างรูปสนามกีฬา สิ่งนี้กำหนดมุมตำแหน่ง
ที่ต้องการรอบปริมณฑลของสนามกีฬาซึ่งมีลำแสงที่แรงและมีทิศทางสูง พลังงานที่ปล่อยออกมาในลำแสงเหล่านี้มากกว่าเลเซอร์ทรงกลมที่ปล่อยออกมาถึงพันเท่า ทีมงานยังได้ค้นพบโหมด “หูกระต่าย” แบบใหม่ที่จะเกิดขึ้นหากโครงสร้างแบนราบเพียงพอ โหมดนี้มีชื่อนี้เนื่องจากรูปร่างผูกโบว์
ของทางเดินรังสีไป-กลับสี่จุดภายในตัวสะท้อนเสียง เหมือนกับที่ตามมาด้วยรังสีในตัวสะท้อนเสียงแบบคอนโฟคอลแบบคลาสสิก (ดูรูป) โหมดเหล่านี้มีความยั่งยืนเนื่องจากตัวสะท้อนเสียงไม่เป็นวงกลม ดังนั้นจึงให้ช่วงความโค้งของกระจก แม้ว่าจะแสดงผลโดยใช้ตัวกลางแบบแอคทีฟควอนตัม-คาสเคด
แต่ควรสังเกตในตัวกลางเลเซอร์อื่นๆ ที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูงเพียงพอ ทำไมมุมที่ต้องการเหล่านี้จึงควรปรากฏขึ้น เราเคยคิดเกี่ยวกับเครื่องสะท้อนเสียงด้วยเลเซอร์ในแง่ของคำตอบของสมการเฮล์มโฮลทซ์ หรือรังสีที่ตรวจสอบตามกฎของทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต จึงไม่น่าแปลกใจที่ในกรณีนี้
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
