เลเซอร์ควอนตัมคาสเคดกำลังสูงชนิดใหม่ที่ทำงานโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์ทำความเย็นขนาดใหญ่อาจนำไปสู่การใช้งานด้านการถ่ายภาพแบบใหม่ โดยทำให้การสร้างรังสีเทอร์เฮิร์ตซ์นอกห้องปฏิบัติการทำได้ง่ายขึ้น เลเซอร์ซึ่งพัฒนาโดยนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ในสหรัฐอเมริกาและมหาวิทยาลัยวอเตอร์ลู ประเทศแคนาดา สามารถทำงานที่อุณหภูมิสูงถึง 250 เคลวิน
ซึ่งสูงกว่า
สถิติก่อนหน้านี้ประมาณ 40 เคลวิน และสามารถทำได้ด้วยเครื่องทำความเย็นขนาดกะทัดรัด มากกว่าระบบไครโอเจนิคเฉพาะทาง รังสีเทราเฮิรตซ์ (THz) ตกอยู่ระหว่างบริเวณอินฟราเรดและไมโครเวฟของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า โดยมีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 3 มม. – 30 µม. แม้ว่าโมเลกุลจำนวนมาก
จะดูดซับแสงที่ความยาวคลื่นเหล่านี้ (ทำให้สามารถใช้รังสี THz เพื่อระบุ “ลายนิ้วมือ” ของโมเลกุลได้) รังสี THz จะส่งผ่านตรงผ่านวัสดุในชีวิตประจำวัน เช่น กระดาษ ผ้า และพลาสติก ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้รังสี THz เช่น รังสีเอกซ์ เพื่อ “มองเห็น” ภายในวัตถุที่ทึบแสงต่อแสงที่มองเห็นได้
อย่างไรก็ตาม โฟตอนในย่าน THz มีพลังงานค่อนข้างต่ำ ซึ่งแตกต่างจากรังสีเอกซ์ ทำให้รังสี THz ไม่แตกตัวเป็นไอออน ดังนั้นจึงปลอดภัยสำหรับการใช้งานทางชีวภาพและทางการแพทย์ ข้อดีอีกอย่างคือรังสี THz มีความยาวคลื่นสั้นกว่ารังสีไมโครเวฟ ซึ่งหมายความว่าสามารถสร้างภาพที่มีความละเอียดสูง
กว่าได้ใช้น้อยแม้ว่าทั้งหมดนี้ฟังดูดีบนกระดาษ แต่รังสีระหว่าง 0.1 ถึง 10 THz นั้นถูกใช้น้อยเกินไปในทางปฏิบัติเนื่องจากขาดแหล่งที่มาและตัวตรวจจับที่ใช้งานได้จริงในช่วงนี้ การสร้างลำแสง THz ที่เข้มข้นพอที่จะเป็นประโยชน์ก็เป็นสิ่งที่ท้าทายเช่นกัน เลเซอร์ควอนตัมคาสเคด (QCLs)
เป็นทางเลือกหนึ่ง เนื่องจากสามารถปรับโครงสร้างระดับจุลภาคให้สร้างรังสี THz ที่สอดคล้องกันได้ อย่างไรก็ตาม เลเซอร์เหล่านี้ต้องเก็บไว้ที่อุณหภูมิต่ำมากจึงจะทำงานได้ นักวิจัยที่ได้เอาชนะอุปสรรคนี้ไปแล้วบางส่วนด้วยการพัฒนา QCL ที่สร้างแสงในภูมิภาค THz โดยทำความเย็นเพียงเล็กน้อย
อุณหภูมิ
ในการทำงานสูงสุดของเลเซอร์ใหม่นั้นสูงกว่าค่าสูงสุดก่อนหน้านี้ที่ 210 K ซึ่งกลุ่มในสวิตเซอร์แลนด์ทำได้ในปี 2019 ซึ่งเป็นสถิติที่สูงกว่าสถิติ 200 K ในปี 2012 มาก เลเซอร์ควอนตัมน้ำตกลักษณะที่ไวต่ออุณหภูมิของ QCLs เกิดจากวิธีการสร้าง ซึ่งแตกต่างจากเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์มาตรฐาน
ซึ่งสร้างโฟตอนเมื่ออิเล็กตรอนและรูรวมกันภายในวัสดุที่มีช่องว่างแถบพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ที่กำหนด QCL ประกอบด้วยหลุมควอนตัมที่สั่งทำขึ้นโดยเฉพาะและแผงกั้นที่ทำจากเซมิคอนดักเตอร์บางๆ หลายพันชั้น อิเล็กตรอนแต่ละตัวที่เดินทางผ่านอุปกรณ์จะ “ลดหลั่น” ผ่านชุดหรือ “ขั้นบันได”
ของหลุมควอนตัม (QWs) เหล่านี้เมื่อผ่านชั้นสารกึ่งตัวนำ ในกระบวนการนี้ อิเล็กตรอนจะปล่อยโฟตอนออกมาหลายตัวที่ความถี่ที่กำหนดโดยโครงสร้างของเลเยอร์ ที่อุณหภูมิสูงขึ้น อิเล็กตรอนมักจะ “รั่วไหล” เหนือสิ่งกีดขวางของ QW ซึ่งขัดขวางเอาต์พุตของเลเซอร์ ความก้าวหน้าของ Hu และเพื่อนร่วมงานเกิด
ขึ้นหลังจากที่พวกเขาสามารถลดการรั่วไหลนี้ได้โดยการพัฒนาโครงสร้างแถบสารกึ่งตัวนำใหม่ ซึ่งเป็นการปรับปรุงที่ทำให้สามารถเพิ่มความสูงของสิ่งกีดขวางได้สองเท่า พวกเขายังคิดค้นการกำหนดค่าใหม่ซึ่งระดับแสงที่ต่ำกว่าของแต่ละขั้นตอนของบันไดหลุมควอนตัมจะถูกลดจำนวนอิเล็กตรอนลง
อย่างรวดเร็วโดยการกระเจิงโฟนัน (การสั่นสะเทือนของตาข่ายควอนตัม) ไปสู่สถานะพื้น จากนั้นสถานะนี้จะทำหน้าที่เป็น “หัวฉีด” ของอิเล็กตรอนเข้าสู่ระดับบนของขั้นตอนต่อไป Hu อธิบาย และกระบวนการนี้จะเกิดขึ้นซ้ำๆ เพื่อให้เกิด โครงสร้างที่ซับซ้อนโครงสร้างที่ทีมสร้างขึ้นนั้นซับซ้อนมาก
และมีส่วนต่อประสานเกือบ 15,000 ชิ้นระหว่าง QW และแผงกั้น ซึ่งครึ่งหนึ่งมีความหนาน้อยกว่า 7 ชั้นของอะตอมอธิบาย คุณภาพของอินเทอร์เฟซเหล่านี้มีความสำคัญยิ่งต่อประสิทธิภาพของเลเซอร์ แอปพลิเคชั่นระยะใกล้สำหรับแหล่ง THz ใหม่จะเกี่ยวข้องกับการถ่ายภาพผิวหนังแบบเรียลไทม์
ระหว่าง
การตรวจคัดกรองมะเร็งผิวหนัง เซลล์มะเร็งแสดงแสง ได้ “อย่างมาก” เนื่องจากเซลล์เหล่านี้ประกอบด้วยน้ำและเลือดมากกว่าเซลล์ปกติ และน้ำจะดูดซับสัญญาณไว้อย่างมาก เทคโนโลยีนี้ยังสามารถใช้ตรวจจับยาเสพติด เช่น เมทแอมเฟตามีน เฮโรอีน และวัตถุระเบิด เช่น ทีเอ็นที
โดยไม่ต้องใช้เครื่องทำความเย็นเลย ขณะนี้พวกเขาวางแผนที่จะเพิ่มอุณหภูมิในการทำงานสูงสุดของอุปกรณ์ในขณะที่ยังลดเกณฑ์การติดเลเซอร์ลงเพื่อลดการกระจายความร้อน “สิ่งนี้จะช่วยให้ระบบเลเซอร์ขนาดกะทัดรัดและพกพาทำงานได้อย่างต่อเนื่อง ซึ่งมีประโยชน์มากกว่าในการใช้งาน
ทำให้สามารถลดการรบกวนระหว่างพื้นที่และร่องที่อยู่ติดกันได้ ในทางตรงกันข้าม DVD+RW จะบันทึกภายในร่องเท่านั้น เช่นเดียวกับในซีดีที่เขียนซ้ำได้ ความแตกต่างของความจุในการจัดเก็บเกิดจากวิธีการที่แต่ละรูปแบบให้ข้อมูลที่อยู่บนแผ่นดิสก์ ใช้รูปแบบส่วนหัว ซึ่งหมายความว่าข้อมูลจะถูกขัดจังหวะ
โดยพื้นที่ของหลุมข้อมูลแบบนูนที่มีข้อมูลที่อยู่จริง ในทางตรงกันข้าม แผ่น DVD+RW จะเข้ารหัสข้อมูลที่อยู่ใน “โยกเยก” ที่ซ้อนทับกับรูปแบบร่อง แม้ว่ากลไกการติดตามจะช้าเกินไปที่จะติดตามการโยกเยกความถี่สูงเช่นนี้ แต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ติดตามแทร็กก็สามารถตรวจพบได้อย่างง่ายดาย
วิธีการระบุที่อยู่ในรูปแบบ DVD+RW มีประสิทธิภาพมากกว่าเนื่องจากไม่มีการใช้พื้นที่ดิสก์สำหรับส่วนหัวความพยายามในการวิจัยและพัฒนาในปัจจุบันมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาระบบ DVD ที่เขียนซ้ำได้หรือบันทึกได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ เราเชื่อว่าความจุดังกล่าวสามารถทำได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงรูปแบบ
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
