งานวิจัยและพัฒนาหลายปีทำให้เลเซอร์ขนาดกะทัดรัดและประสิทธิภาพสูงแพร่หลายไปทั่วในช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรดใกล้ที่ใช้ในการสื่อสารโทรคมนาคม อย่างไรก็ตาม เลเซอร์ที่มีเอาต์พุตในช่วงสเปกตรัมที่มองเห็นได้จะอาศัยระบบอะตอมหรือระบบโซลิดสเตตเป็นหลัก ระบบดังกล่าวมักจะต้องใช้เลเซอร์ตั้งโต๊ะขนาดใหญ่หรือวัสดุเซมิคอนดักเตอร์หลายชุดในการทำงาน
ขณะนี้
ทีมนักวิจัยของNISTในสหรัฐอเมริกาได้แก้ไขปัญหานี้ด้วยการสร้างเลเซอร์ที่ใช้ไมโครชิปซึ่งจะแปลงแสงเลเซอร์อินฟราเรดย่านใกล้ให้เป็นช่วงสีของแสงที่มองเห็นได้ ซึ่งรวมถึงสีแดง สีส้ม สีเหลือง และสีเขียว โดยใช้เทคนิค เรียกว่าการสั่นแบบพาราเมตริกออปติคัลอันดับสาม (OPO) อุปกรณ์นี้
สามารถรองรับการใช้งานที่หลากหลายในด้านต่างๆ เช่น สเปกโทรสโกปี การบอกเวลาอย่างเที่ยงตรง และวิทยาศาสตร์ข้อมูลควอนตัม วัสดุที่ไม่เชิงเส้นจะแปลงแสงที่ตกกระทบเป็นสองความถี่ที่แตกต่างกัน
หลักการเบื้องหลังเทคนิค OPO ลำดับที่สามคือการใช้วัสดุที่ไม่เชิงเส้น ในกรณีนี้คือซิลิคอนไนไตรด์
เพื่อแปลงแสงที่ตกกระทบในอินฟราเรดใกล้เป็นสองความถี่ที่แตกต่างกัน หนึ่งในความถี่เอาต์พุตเหล่านี้สูงกว่าความถี่ของแสงที่ตกกระทบในช่วงที่มองเห็นได้ ในขณะที่อีกความถี่ต่ำกว่าและอยู่ลึกกว่าในอินฟราเรดในโหมดไม่เชิงเส้น แสงที่มีความเข้มสูงเพียงพอจะออกจากวัสดุออปติกที่มีความยาวคลื่น
ซึ่งไม่จำเป็นต้องตรงกับความยาวคลื่นของแสงที่ส่องเข้ามา นี่เป็นเพราะอิเล็กตรอนที่ถูกผูกไว้ในวัสดุจะฉายแสงอีกครั้งที่ความถี่ที่แตกต่างจากแสงที่ตกกระทบ สถานการณ์นี้แตกต่างอย่างมากกับวัสดุออพติคอลทั่วไป (เชิงเส้น) ซึ่งแผ่รังสีสีเดียวกันออกมา (ให้นึกถึงแสงที่สะท้อนจากกระจกหรือหักเหผ่านเลนส์)
ไมโครเรโซเนเตอร์สร้างแสงเอาท์พุตที่มีสีต่างกัน ในการทำงานของพวกเขา นักวิจัยที่นำได้กำหนดลำแสงเลเซอร์ช่วงใกล้อินฟราเรดไปยังไมโครเรโซเนเตอร์ นี่คือโครงสร้างรูปวงแหวนที่มีรัศมี 50 ไมครอนประดิษฐ์ขึ้นบนชิปซิลิกอน แสงภายในอุปกรณ์นี้หมุนเวียนประมาณ 5,000 ครั้งก่อนที่
จะสลายไป
อธิบายว่าความยาวคลื่นใดความยาวคลื่นหนึ่งเหล่านี้สามารถเข้าถึงได้โดยการปรับขนาดของตัวสะท้อนเสียงในขณะที่ผลงานยังคงอยู่ในขั้นตอนการพิสูจน์หลักการ นักวิจัยหวังว่าจะรวมเทคนิคเลนส์แบบไม่เชิงเส้นเข้ากับเทคโนโลยีเลเซอร์อินฟราเรดใกล้อินฟราเรดที่ได้รับการยอมรับอย่างดี
นักวิจัยได้ประดิษฐ์ไมโครเรโซเนเตอร์หลายตัว โดยแต่ละตัวมีขนาดแตกต่างกันเล็กน้อยบนชิป ด้วยการเลือกขนาดเหล่านี้อย่างรอบคอบ พวกเขาสามารถมั่นใจได้ว่าไมโครเรโซเนเตอร์ที่แตกต่างกันจะสร้างแสงเอาท์พุตที่มีสีต่างกัน วิธีการนี้ช่วยให้เลเซอร์อินฟราเรดใกล้ตัวเดียวทำงานในช่วงความยาวคลื่นแคบ
กระบวนการหาปริมาณนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนในระบบอย่างง่ายที่เรียกว่ากล่องอิเล็กตรอนเดี่ยว หากแหล่งจ่ายแรงดันชาร์จตัวเก็บประจุC gผ่านตัวต้านทานธรรมดา ประจุบนตัวเก็บประจุจะเป็นสัดส่วนอย่างเคร่งครัดกับแรงดันและไม่แสดงสัญญาณของปริมาณประจุ แต่ถ้าความต้านทานถูกแทนที่
ด้วยทางแยกอุโมงค์ พื้นที่โลหะระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุและด้านหนึ่งของทางแยกจะก่อตัวเป็น “เกาะ” ตัวนำที่ล้อมรอบด้วยวัสดุฉนวน ในกรณีนี้การถ่ายโอนประจุไปยังเกาะจะกลายเป็นปริมาณเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ซึ่งนำไปสู่สิ่งที่เรียกว่าบันไดคูลอมบ์ (รูปที่ 3 ค ) ผลกระทบนี้ถูกสังเกตเป็นครั้งแรก
และผู้ทำงานร่วมกันในห้องปฏิบัติการของเราในปี 1991 บันไดคูลอมบ์นี้มองเห็นได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการเท่านั้น ประการแรก พลังงานของอิเล็กตรอนเนื่องจากความผันผวนทางความร้อนจะต้องน้อยกว่าพลังงานคูลอมบ์อย่างมาก ซึ่งเป็นพลังงานที่จำเป็นในการถ่ายโอนอิเล็กตรอนตัวเดียวไปยังเกาะ
เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้เป็นศูนย์ พลังงานคูลอมบ์นี้กำหนดโดยe 2 /2 Cโดยที่eคือประจุของอิเล็กตรอนและCคือความจุรวมของตัวเก็บประจุเกตC gและทางแยกอุโมงค์. ประการที่สอง เอฟเฟกต์อุโมงค์เองควรจะอ่อนแอพอที่จะป้องกันไม่ให้ประจุของอิเล็กตรอนในอุโมงค์หลุดออกจากขั้วไฟฟ้าทั้งสอง
ของทางแยก
เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นในพันธะเคมี จากผลงานล่าสุดของนักทฤษฎีที่มหาวิทยาลัย และ ในเยอรมนี หมายความว่าค่าการนำไฟฟ้าของชุมทางอุโมงค์ควรน้อยกว่าควอนตัมของสื่อนำไฟฟ้ามาก 2 e 2 / h โดยที่ h คือค่าคงที่ของพลังค์ เมื่อตรงตามเงื่อนไขทั้งสองนี้ ขั้นตอนที่สังเกตได้
ในประจุจะค่อนข้างคล้ายคลึงกับการหาปริมาณของประจุบนหยดน้ำมันที่สังเกต ในปี 1911 อย่างไรก็ตาม ในกล่องอิเลคตรอนเดี่ยว ประจุบนเกาะจะไม่สุ่มแต่ถูกควบคุม โดยแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ เมื่ออุณหภูมิหรือค่าการนำไฟฟ้าของแผงกั้นเพิ่มขึ้น ขั้นบันไดจะมีลักษณะโค้งมนและในที่สุดก็รวมเป็นเส้นตรงตามแบบฉบับ
ของตัวต้านทานทั่วไป ทรานซิสเตอร์แบบอิเล็กตรอนเดี่ยวทรานซิสเตอร์ SET สามารถมองได้ว่าเป็นกล่องอิเล็กตรอนที่มีทางแยกสองทางสำหรับทางเข้าและออกของอิเล็กตรอนเดี่ยว นอกจากนี้ยังสามารถมองได้ว่าเป็นทรานซิสเตอร์แบบ ซึ่งช่องจะถูกแทนที่ด้วยทางแยกอุโมงค์สองแห่งที่ก่อตัวเป็นเกาะโลหะ
แรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับเกตอิเล็กโทรดจะส่งผลต่อปริมาณพลังงานที่จำเป็นต่อการเปลี่ยนแปลงจำนวนอิเล็กตรอนที่เกาะเพื่อสร้างแหล่งกำเนิดแสงบนชิปประเภทใหม่สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย พวกเขารายงานงานของพวกเขา สร้างความเข้มมากพอที่จะเข้าถึงโหมดไม่เชิงเส้น
ในขีดจำกัดของไดนามิกที่ช้า โหมดต่างๆ ที่รองรับในระบบมหาสมุทร-บรรยากาศที่คู่กันจะคล้ายกับคลื่นทะเลอิสระในเส้นศูนย์สูตร คลื่นเหล่านี้จัดเตรียมหน่วยความจำที่ช่วยให้เกิดการสั่นได้ อย่างไรก็ตาม โดยธรรมชาติแล้ว ช่วงเวลาของการปรับตัวของมหาสมุทรเทียบได้กับการเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้อง
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
