 |
| รูปภาพ: Science/AAAS |
17 ก.พ. 2554 - นักฟิสิกส์ Yale University ได้สร้าง antilaser อุปกรณ์ที่สามารถดูดซับลำแสงที่ coherent (แสงที่ถูกฉายจาก LASER จะมีคุณสมบัตินี้) โดยสัมบูรณ์ แทนที่จะทำให้แสงนั้นกระเจิงไปทุกทิศทางเหมือนชิ้นส่วนอื่นๆเป็น ถ้าอุปกรณ์ชิ้นนี้สามารถพิสูจน์แล้วว่าใช้งานได้จริง มันอาจจะนำไปสู่การสร้างสวิตช์แบบ Optic ขนาดจิ๋วบน Silicon หรือ Sensor ตรวจจับอนุภาค Photon ชนิดใหม่ๆได้
อุปกรณ์ชิ้นนี้มีหลักการเดียวกับ Laser แต่จะทำกันในตรงกันข้าม และใช้คุณสมบัติสมมาตรเวลากลับหลัง (Time-reversal symmetry) ซึ่งเป็นหลักการในไฟฟ้าแม่เหล็ก ใจความสำคัญของมันคือ "อะไรก็ตามที่ทำให้ไปข้างหน้าได้ การทำสิ่งเดียวกันก็ทำให้มันย้อนกลับได้ " กล่าวโดย A. Douglas Stone ศาสตราจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์ประยุกต์ที่ Yale
ใน laser แสงหรือไฟฟ้าจะถูกส่งเข้าไปใน gain medium อย่างสารกึ่งตัวนำ Gallium Arsenide (GaAs) ทำให้อิเล็กตรอนจำนวนมากถูกกระตุ้นขึ้นไปอยู่ระดับพลังงานที่สูงขึ้น และเมื่ออิเล็กตรอนเหล่านี้กลับสู่ระดับพลังงานที่ต่ำกว่า มันจะปล่อย photon ออกมาซึ่งจะวิ่งไปมาในท่อ laser ซึ่งก็จะไปกระตุ้นอิเล็กตรอนตัวอื่นอีก จนกระทั่งแสงที่ coherent ที่ความยาวคลื่นหนึ่งสามารถออกมาได้ที่ปลายด้านหนึ่ง
ใน antilaser ที่ Stone และทีมของเขาได้อธิบายในนิตยสาร Science, แสงที่ coherent นี้จะถูกส่งเข้าไปยัง loss medium ซึ่งอาจจะเป็นวัสดุเดียวกันกับ gain medium หรือวัสดุอื่นที่ไม่น่าผลิตแสงออกมาเพิ่มเติม อย่างเช่น Silicon ได้ถูกใช้ในการทดลองนี้. วัสดุทุกชนิดสามารถดูดซับ photon ได้บางส่วนและทำให้ส่วนที่เหลือกระเจิงไป (Scatter) การเลือกช่วงความยาวคลื่นแสงที่ถูกต้องของวัสดุชนิดหนึ่งและการกำหนดความยาวของโพรงใน antilaser นั้นทำให้ photon ทั้งหมดถูกดูดซับได้หมดจด ถ้ามันอยู่ในวัสดุนั้นได้นานพอ
ในการจะดัก photon ให้ได้นั้น ทีมจาก Yale ได้ทำการแยกแสง laser ออกเป็น 2 ส่วน แล้วให้แต่ละอันยิงแสงเข้าไปคนละด้านของแผ่น silicon wafer ความหนา 110 ไมโครเมตร. พวกเขาได้ปรับเฟสของแสงที่ถูกแบ่งนี้ให้หักล้างกัน ลักษณะการหักล้างกันนี้เกิดขึ้นที่เฟสของ laser หักล้างอีก laser หนึ่งจนหมดไปทั้งคู่ ทำให้กัก photon อยู่ใน silicon ได้นานพอที่จะถูกดูดซับเข้าไป ตัวดูดซับแสง coherent ของทีมนี้ สามารถดูดซับได้ถึง 99% ของ photon ความแปรปรวนของความยาวคลื่นในแสง laser ทำให้มันไม่สามารถดูดซับได้ 100%
นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่า ระดับการดูดซับนี้สามารถปรับได้ ถ้าทำให้เฟสของแสงคลาดเคลื่อนไปจากตำแหน่งที่หักล้างกันโดยสิ้นเชิง เพียงปรับเพียงเล็กน้อย พวกเขาสามารถทำให้การดูดซับนี้ลดลงไปถึง 30%. "ในระบบที่ซับซ้อนกว่าชั้น silicon และ silica ถูกวางซ้อนๆกัน สามารถใช้ปรับค่าการดูดซับได้ตั้งแต่ 1 - 99%" Stone กล่าว. นั่นทำให้สามารถใช้เป็นสวิตช์เปิดปิดแสง หรือ encode ข้อมูลลงไปได้. "พวกเราคิดว่าอุปกรณ์ของพวกเราชิ้นนี้สามารถใช้เป็น modulator หรือ switch ได้" Hui Cao ศาสตราจารย์ภาควิชาฟิสิกส์ประยุกต์ที่ร่วมงานกับ Stone กล่าว. "วิศวกรจะต้องตัดสินใจกันเองว่าอุปกรณ์ชิ้นไหนที่เหมาพจะใช้เป็น modulator หรือ switch" เธอกล่าว
"ในความคิดของผม นี่เป็นความสำเร็จครั้งสำคัญทีเดียว" กล่าวโดย Stefano Longhi ผู้ช่วยศาสตราจารย์ของภาควิชาฟิสิกส์ที่ Polytechnic Institute of Milan. "คุณสามารถสร้างวัสดุที่โปรงใสแต่ยังเป็นยังเป็นตัวดูดซับที่ดีที่แสงๆหนึ่งได้" มันคงเป็นเรื่องน่าสนใจไม่น้อยถ้าสามารถทำให้อุปกรณ์ชิ้นหนึ่งเป็นได้ทั้ง laser และ antilaser ในตัว "มันจะสามารถทำหน้าที่ทั้งต้นกำเนิดแสงและตัวดูดซับแสงในเวลาเดียวกัน"
การดูดซับ photon จะถ่ายเทพลังงานเข้าไปใน loss medium ในรูปของความร้อนหรือไฟฟ้า ซึ่งนั่นอาจจะเป็นวิธีใหม่ในการอัดพลังงานจำนวนมากเข้าไปในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต. โดยการใส่ bias voltage เข้าไป antilaser ก็สามารถทำงานเป็น photovoltaic ได้ ซึ่งนั่นเราสามารถใช้มันสร้างสัญญาณจากตัวตรวจจับแสงได้ Cao กล่าว
แต่ด้วย antilaser นั้นทำงานได้แค่ช่วงความยาวคลื่นหนึ่งในลำแสงที่ coherent มันคงไม่สามารถใช้งานได้จริงใน solar cell และมันคงไม่ช่วยในงานของเทคโนโลยีล่องหน และมันไม่สามารถใช้เป็นฉนวนกันแสง laser ได้ Stone กล่าว
นักฟิสิกส์กำลังถกกันกับกลุ่มนักวิจัยที่ Cornell University ใน Ithaca รัฐ NewYork เกี่ยวกับ antilaser นี้สามารถจะช่วยในการพัฒนาคอมพิวเตอร์ระบบ hybrid ระหว่าง optic และ electronic ที่ใช้แสงมาคำนวณในบางช่วงแทนที่จะใช้อิเล็กตรอน ได้หรือไม่. ตอนนี้ "ส่วนใหญ่กำลังพยายามทำความเข้าใจกับมัน" Stone กล่าว "แล้วจะรู้ว่าจะมีอะไรที่เจ๋งกว่าที่จะมาล้มผลงานชิ้นนี้ได้มั้ย"
Source: http://spectrum.ieee.org/semiconductors/optoelectronics/antilaser-invented
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น