สมมาตรยิ่งยวดช่วยเพิ่มคุณภาพลำแสงของอาร์เรย์เลเซอร์

มีการใช้หลักการสมมาตรยิ่งยวดเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของอาร์เรย์ของเลเซอร์โซลิดสเตต งานนี้นำโดยMercedeh Khajavikhan  จากมหาวิทยาลัย Central Florida ในสหรัฐอเมริกา ทีมของเธอใช้แนวคิดที่สนับสนุนทฤษฎีสมมาตรยิ่งยวดของฟิสิกส์อนุภาคเพื่อระงับโหมดความถี่สูงที่ไม่ต้องการในอาร์เรย์ ผลที่ได้คือความเข้มของลำแสงแบบโฟกัสที่มากกว่าอาร์เรย์เลเซอร์ทั่วไปถึงสี่เท่า

การเพิ่มกำลังของลำแสงเลเซอร์โดยปกติ

จะต้องเพิ่มพื้นที่หน้าตัดของช่องเลเซอร์ นี่เป็นปัญหาเพราะช่องที่กว้างกว่าสามารถรองรับโหมดขวางได้หลายแบบ ซึ่งสามารถสร้างความปั่นป่วนที่ทำให้คุณภาพของลำแสงลดลงซูเปอร์โหมดความถี่สูง เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ สามารถวางช่องเลเซอร์โซลิดสเตตแบบแคบลงในอาร์เรย์คู่ขนานได้ หากช่องอยู่ใกล้กัน โหมดในแต่ละช่องสามารถจับคู่กันผ่านสนามไฟฟ้าที่ “รั่ว” ระหว่างช่องต่างๆ ตามทฤษฎีแล้ว วิธีนี้ช่วยให้ฟันผุทั้งหมดสั่นในขั้นตอน ซึ่งหมายความว่าสามารถขยายกำลังได้โดยไม่มีความไม่เสถียรที่เกี่ยวข้องกับช่องเลเซอร์ที่กว้างขึ้น ปัญหาคืออาร์เรย์ดังกล่าวสามารถรองรับ “โหมดพิเศษ” ที่มีความถี่สูงได้หลายแบบ ซึ่งทำให้แสงเลเซอร์เสื่อมคุณภาพและทำให้ยากต่อการโฟกัสลำแสงไปยังจุดเล็กๆ

เมื่อมองแวบแรก สมมาตรยิ่งยวดไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับเลเซอร์โซลิดสเตต มีการเสนอครั้งแรกในช่วงปลายทศวรรษ 1970 และพยายามแก้ไขปัญหาที่มีมายาวนานด้วยแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค ซึ่งรวมถึง “ปัญหาลำดับชั้น” ซึ่งเราไม่เข้าใจว่าทำไมแรงที่อ่อนแอจึงแข็งแกร่งกว่าแรงโน้มถ่วงมาก สมมาตรยิ่งยวดพยายามแก้ไขปัญหาเหล่านี้โดยแนะนำ “พันธมิตรพิเศษ” ที่มีพลังงานสูงสำหรับอนุภาคทุกตัวที่รู้จัก

เพื่อนร่วมงานของ Khajavikhan ที่ Central Florida ตระหนักว่าแนวคิดจากสมมาตรยิ่งยวดสามารถยืมมาเพื่อสร้างเลเซอร์ที่ดีกว่าได้ supermodes ที่โรคระบาดคาวิตี้อาร์เรย์สามารถถูกระงับได้ พวกเขาให้เหตุผลหากทุกโหมดยกเว้นโหมดพื้นฐานถูกควบคู่ไปกับ “super-supermode” ที่มีพลังงานสูง supermodes เหล่านี้จะได้รับการออกแบบให้มีปัจจัยคุณภาพต่ำและทำให้สูญเสียสูง ซึ่งจะป้องกันไม่ให้ supermodes ไปถึงเกณฑ์ lasing เลเซอร์สามารถผลิตลำแสงเลเซอร์พลังงานที่สูงกว่าอาร์เรย์เลเซอร์มาตรฐานได้มาก ในขณะที่ยังคงเปล่งแสงที่ความถี่พื้นฐานเท่านั้น

ความคิดสร้างสรรค์และความเฉลียวฉลาด

หลังจากสิ่งที่ Khajavikhan อธิบายว่าเป็น “ความคิดสร้างสรรค์และความเฉลียวฉลาดมากมายจาก postdoc Mohammad Hokmabadi ของเรา ในการดำเนินการและตรวจสอบแนวคิดที่เป็นนามธรรมเหล่านี้” นักวิจัย Central Florida ได้สร้างอาร์เรย์เลเซอร์ที่สมมาตรยิ่งยวด

ประกอบด้วยโพรงควอนตัมหลุมเก้าหลุมที่สลักไว้บนแผ่นเวเฟอร์ หลุมควอนตัมห้าแห่งสร้างเลเซอร์ขึ้นมาเอง และอีกสี่หลุมเล่นบทบาทของซุปเปอร์พาร์ทเนอร์ที่สูญเสียไป นักวิจัยได้เปรียบเทียบเอาท์พุตแสงระยะไกลของอุปกรณ์กับเอาท์พุตของเลเซอร์ที่มีหลุมควอนตัมเพียงหลุมเดียวและกับอาร์เรย์เลเซอร์มาตรฐานที่มีฟันผุ 5 ช่อง แต่ไม่มี superpartner เลเซอร์หลุมควอนตัมเดี่ยวสร้างลำแสงที่มีการแพร่กระจายประมาณ 24º และกำลังขับค่อนข้างต่ำ อาร์เรย์เลเซอร์มาตรฐานให้กำลังขับมากกว่า 10 เท่าของเลเซอร์ควอนตัมหลุมเดียวสำหรับความเข้มของปั๊มเท่ากัน อย่างไรก็ตาม ซูเปอร์โหมดทำให้ลำแสงลดคุณภาพลง โดยแผ่ขยายเป็น 38°

อย่างไรก็ตาม เลเซอร์สมมาตรยิ่งยวดปล่อยพลังงานเกือบเท่าเลเซอร์อาร์เรย์มาตรฐาน แต่ทำได้ในโหมดพื้นฐานเท่านั้น ทำให้ลำแสงรอบเอวเพียง 11.6° สิ่งนี้ทำให้เกิดความเข้มที่โฟกัสสูงถึง 4.2 เท่าของเลเซอร์อาร์เรย์มาตรฐาน “เราคาดการณ์ถึงการใช้งานเลเซอร์อาร์เรย์แบบสมมาตรยิ่งยวดในด้านการแพทย์ การทหาร อุตสาหกรรม และการสื่อสาร” Khajavikhan กล่าว “ไม่ว่าที่ใดที่มีความจำเป็นสำหรับอาร์เรย์เลเซอร์แบบรวมกำลังสูงที่มีลำแสงคุณภาพสูง”

ช่องที่วุ่นวายช่วยเพิ่มความเสถียรของเลเซอร์กำลังสูง

Ortwin Hessที่ Imperial College เมื่อปีที่แล้วช่วยออกแบบเลเซอร์ที่ใช้แนวทางตรงกันข้ามและระงับความปั่นป่วนโดยการเพิ่มจำนวนโหมดในเลเซอร์บริเวณกว้างให้มากที่สุด รู้สึกประทับใจกับงานของ Christodoulides และเพื่อนร่วมงาน: “ฉันคิดว่าวิธีการของพวกเขาคือ ดีมาก” เขากล่าว Hess กล่าวเสริมว่าเขามีความยินดีเป็นอย่างยิ่งที่นักวิจัยได้ประสบความสำเร็จในการใช้แนวทางที่แตกต่างกันสองวิธีในการแก้ปัญหาเดียวกัน

นักฟิสิกส์เชิงแสงLan Yangจาก Washington University of St Louis ในรัฐมิสซูรี สหรัฐอเมริกาเห็นด้วยว่า “การแต่งงานของทฤษฎีและการทดลองค่อนข้างแปลกใหม่ นี่เป็นการทำงานร่วมกันที่ยอดเยี่ยม” เธอกล่าว” เธอบอกว่าขณะนี้จำเป็นต้องมีการทำงานมากขึ้นเพื่อตรวจสอบความเสถียรของความเข้มของเลเซอร์: “ถ้าพวกเขาสามารถหากลยุทธ์ในการจัดการโปรไฟล์เลเซอร์ได้ นั่นจะดียิ่งขึ้นไปอีก”

ลูกสูบและพาร์ติชั่นในการคำนวณของเขา Klaers ใช้แบบจำลองทางทฤษฎีอย่างง่ายของบิตที่ประกอบด้วยอนุภาคในกล่องศักย์ไฟฟ้ากำลังสองที่แยกออกเป็นสองส่วนโดยแบ่งพาร์ติชั่น ด้านซ้ายและด้านขวาของกล่องสอดคล้องกับสถานะตรรกะ 0 และ 1 ตามลำดับ ขั้นตอนการลบเริ่มต้นด้วยอนุภาคที่ถูกกักขังไว้ที่ด้านขวาของกล่องในสถานะตรรกะ 1 จากนั้นสิ่งกีดขวางจะหลุดออก และอนุภาคจะเคลื่อนที่ไปทั่วทั้งกล่องได้อย่างอิสระ ถัดไป ลูกสูบดันอนุภาคไปทางซ้ายและกั้นขึ้นมาอีกครั้ง โดยจำกัดอนุภาคไว้ทางด้านซ้าย (0)

Klaers พบวิธีที่จะก้าวข้ามขีดจำกัดของ Landauer โดยพิจารณาการลบบิตของอนุภาคในสภาวะความร้อนที่บีบตัว นี่คือสถานะที่ความผันผวนของความร้อนในโมเมนตัมของอนุภาคลดลง ในขณะที่ความผันผวนของตำแหน่งจะเพิ่มขึ้น สภาวะความร้อนที่ถูกบีบนั้นไม่มีความสมดุลโดยธรรมชาติ และก่อนหน้านี้ได้รับการพิจารณาว่าเป็นวิธีการที่จะเอาชนะข้อจำกัดทางอุณหพลศาสตร์พื้นฐานอื่นๆ เช่น ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ Carnot

บิตถูกบีบให้อยู่ในสถานะบีบโดยขับด้วยแรงภายนอกที่สั่นเป็นประจำซึ่งมีส่วนประกอบของเสียงรบกวนด้วย ตามข้อมูลของ Klaers สิ่งนี้ยังพบเห็นได้จากบิตในชีวิตจริงในคอมพิวเตอร์ “ระบบที่ขับเคลื่อนเป็นระยะ เช่น CPU ทำให้เกิดการบีบตัวในสภาพแวดล้อมทางความร้อนอย่างเป็นธรรมชาติ” เขาอธิบาย

Klaers ได้คำนวณว่าความร้อนที่กระจายไปจากการลบเพียงเล็กน้อยจะแกว่งไปแกว่งมาตามกาลเวลา ขนาดของความผันผวนเป็นฟังก์ชันเลขชี้กำลังของ “ปัจจัยการบีบ” ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ที่แสดงถึงสถานะการบีบที่ไม่สมดุล นี่แสดงให้เห็นว่าหากกำหนดเวลาการลบอย่างเหมาะสม สามารถทำได้โดยใช้พลังงานน้อยกว่าการบีบไม่สำเร็จ

Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>>สล็อตแตกง่าย