บาคาร่าเว็บตรง อาร์เรย์ของเลเซอร์เปล่งแสงพื้นผิวโพรงแนวตั้ง (VCSELs) จำนวน 30 ตัวได้รับการสร้างขึ้นเพื่อเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่เชื่อมโยงกันเพียงแหล่งเดียวเป็นครั้งแรก เป็นการปูทางสำหรับการใช้งานขนาดใหญ่และกำลังสูงซึ่งก่อนหน้านี้ไม่สามารถเข้าถึงได้สำหรับกลุ่มที่ได้รับความนิยมนี้ ของเลเซอร์ การออกแบบอาร์เรย์ใหม่ใช้แนวคิดจากสาขาฉนวนทอพอโลยี และขณะนี้นักพัฒนากำลังทำงานร่วมกับ
พันธมิตรในอุตสาหกรรมเพื่อปรับแต่งเทคโนโลยี
สำหรับใช้ในอุปกรณ์ทางการแพทย์และเครือข่ายการสื่อสาร VCSEL เป็นเลเซอร์ที่ใช้กันมากที่สุดในโลก มักใช้ในด้านการใช้งานตั้งแต่โทรศัพท์แบบพกพาและการสื่อสารด้วยแสง ไปจนถึงเครื่องมือวัด การผลิต การตรวจจับ และแม้แต่การจดจำใบหน้า เช่นเดียวกับเลเซอร์อื่น ๆ พวกมันมีตัวกลางที่ได้รับซึ่งแสงจะถูกสร้างขึ้นและปล่อยออกมา
สำหรับ VCSEL สื่อเกนนี้ทำมาจากบ่อควอนตัมหรือจุดควอนตัมและประกบระหว่างกระจกสองบานที่ทำหน้าที่เป็นช่อง ให้การตอบสนองทางแสงที่จำเป็นสำหรับการเลเซอร์ ตัวกลางเกนมีความหนาเพียงเศษเสี้ยวของไมครอน ทำให้ VCSEL มีความเร็วในการเปลี่ยนสูงเช่นเดียวกับโครงสร้างที่กะทัดรัดและน้ำหนักเบา
ขนาดที่เล็กของ VCSEL นั้นจำกัดกำลังขับอย่างเคร่งครัด ในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมา นักวิจัยพยายามที่จะเพิ่มพลังนี้ด้วยการรวม VCSEL หลายๆ ตัวเข้าด้วยกัน และบังคับให้พวกมันมีพฤติกรรมเหมือนเลเซอร์ตัวเดียว ปัญหาคือความไม่สมบูรณ์ที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในการผลิตมีแนวโน้มที่จะทำให้ VCSEL เกิดการตัดเฉือนในกลุ่มเล็ก ๆ ที่เป็นอิสระซึ่งไม่ซิงโครไนซ์กับส่วนอื่น ๆ ทำให้เอาต์พุตของอาร์เรย์ไม่ต่อเนื่องกัน
โทโพโลยีโฟโตนิกส์
ทีมงานที่นำโดยSebastian KlembtจากUniversity of Würzbergประเทศเยอรมนี และMordechai Segevแห่ง Technion-Israel Institute of Technology ได้ค้นพบวิธีที่จะล็อค VCSEL แต่ละรายการไว้ด้วยกัน นักวิจัยประสบความสำเร็จโดยการจัด VCSEL ในรูปทรงเรขาคณิตที่เป็นไปตามแนวคิดของฉนวนทอพอโลยี – วัสดุควอนตัมที่เป็นฉนวนในปริมาณมาก แต่มีตัวนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมบนพื้นผิว
ในขณะที่ฉนวนทอพอโลยีถูกค้นพบเมื่อหลายปีก่อน สนามได้รับการเปลี่ยนแปลงในปี 2013 เมื่อเซเกฟ, อเล็กซ์ ซาเมท และนักศึกษาที่มหาวิทยาลัยรอสต็อกประเทศเยอรมนี ได้สาธิตโทโพโลยีโทโพโลยีแบบแรก งานของพวกเขาได้เปิดตัวสาขาฟิสิกส์ใหม่ ซึ่งปัจจุบันรู้จักกันในชื่อโทโพโลยีโฟโตนิกส์
เมื่อทีมเริ่มทำงานเกี่ยวกับเลเซอร์ฉนวนทอพอโลยี ชุมชนวิจัยก็มีความสงสัย เลเซอร์ทั้งหมดต้องการค่าเกน แต่ในขณะนั้น ทุกสิ่งที่ทราบเกี่ยวกับระบบทอพอโลยีถูกจำกัดไว้เฉพาะระบบที่เป็นเฮอร์มิเที่ยน กล่าวคือไม่มีกำไรและไม่มีการสูญเสีย “เราเป็นเหมือนคนบ้ากลุ่มหนึ่งที่ค้นหาบางสิ่งที่ถือว่าเป็นไปไม่ได้” เซเกฟเล่า
ล็อคอยู่ภายในโครงสร้างระนาบ ในเลเซอร์โทโพโลยีแบบโทโพโลยีแบบแรกของทีม แสงเดินทางรอบขอบของท่อนำคลื่นแบบสองมิติโดยไม่เบี่ยงเบนจากข้อบกพร่องหรือความผิดปกติในท่อนำคลื่น ไม่กี่ปีต่อมา Segev และผู้ทำงานร่วมกันจากUniversity of Central Florida , Mercedeh KhajavikhanและDemetri Christodoulidesร่วมกับนักศึกษา Gal Harari, Miguel Bandres และ Steffen Wittek
ได้แสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถบังคับให้ไมโครเลเซอร์
จำนวนมากหลอมรวมกันและทำหน้าที่เป็นเลเซอร์ตัวเดียว อย่างไรก็ตาม ระบบนี้ อธิบายไว้ในสองศาสตร์เอกสารในปี 2018 มีข้อจำกัดที่สำคัญ: แสงที่หมุนเวียนอยู่ในโครงสร้างโฟโตนิกส์ถูกจำกัดให้อยู่ในระนาบเดียวกันกับระนาบที่จำเป็นสำหรับการดึงแสง นี่หมายความว่าเอาต์พุตของระบบถูก จำกัด ด้วยขนาดของอุปกรณ์อีกครั้ง
อาร์เรย์ VSCEL ของฉนวนทอพอโลยีใหม่ประกอบด้วยโครงรังผึ้งสองประเภทที่มีเสาระดับนาโนที่จุดยอดแต่ละจุด นักวิจัยได้สร้างส่วนต่อประสานระหว่างรวงผึ้งที่ยืดออกและรังผึ้งที่ถูกบีบอัด “เมื่อคุณทำเช่นนี้ด้วยพารามิเตอร์ที่เหมาะสม คุณจะได้อินเทอร์เฟซทอพอโลยีที่แสงต้องไหลจาก VCSEL หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง” Segev อธิบาย “การไหลของแสงที่สม่ำเสมอ (ในระนาบของชิป) ซึ่งการไหลได้รับการปกป้องด้วยโทโพโลยี – บังคับให้แสงจากเลเซอร์ทุกตัวไปถึงเลเซอร์อื่น ๆ ทั้งหมดเพื่อให้ล็อคอย่างสอดคล้องกัน” ดังนั้นอาร์เรย์ VCSEL จึงปล่อยคลื่นความถี่เดียวและแสดงสัญญาณรบกวน สิ่งสำคัญที่สุดคือตอนนี้แสงถูกปล่อยออกมาผ่านพื้นผิวของโครงสร้างจากเลเซอร์แต่ละตัว ทำให้ง่ายต่อการรวบรวม
ฉนวนทอพอโลยี 3 มิติ โฟโตนิก “การทดลองของเราแสดงให้เห็นถึงพลังของการขนส่งแสงเชิงทอพอโลยี” นักวิจัยซึ่งรายงานผลงานของพวกเขาในScienceกล่าว “แสงใช้เวลาส่วนใหญ่ในการสั่นในแนวตั้ง แต่การมีเพศสัมพันธ์ในระนาบขนาดเล็กก็เพียงพอที่จะบังคับให้อาร์เรย์ของตัวปล่อยแต่ละตัวทำหน้าที่เป็นเลเซอร์ตัวเดียว”
นักวิจัยกล่าวว่าโดยหลักการแล้วแพลตฟอร์มที่พวกเขาได้แสดงให้เห็นสามารถปรับขนาดได้เพื่อรวม VCSEL หลายร้อยรายการ “ตอนนี้เราต้องการสร้างอาร์เรย์ดังกล่าวให้เป็นเทคโนโลยีจริง และได้เริ่มทำงานกับอุตสาหกรรมไฮเทคในโครงการนี้” Segev กล่าวกับPhysics World
Babaev และเพื่อนร่วมงานกล่าวว่าเฟสภายในส่วนปลายของโดมเป็นโลหะโบโซนิก พวกเขาสรุปว่าระยะนี้เกิดขึ้นเนื่องจากอิเล็กตรอนในวัสดุ แทนที่จะจับคู่เหมือนที่ทำในตัวนำยิ่งยวดปกติ แต่มีความสัมพันธ์กันในกลุ่มที่มีสี่กลุ่ม พวกเขาโต้เถียงว่า “สี่เท่าของเฟอร์มิโอนิก” นี้บอกเป็นนัยว่ามีลำดับระยะยาวระหว่างคู่คูเปอร์มากกว่าคู่เดียว
คู่คูเปอร์พบเหนืออุณหภูมิวิกฤตสำหรับตัวนำยิ่งยวด นักวิจัยเสริมว่า fermionic quadrupling อาจมีอยู่ในตัวนำยิ่งยวดอื่น ๆ ที่มีความสมมาตรแตกหลายตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกเขากล่าวว่าปรากฏการณ์อาจเกิดขึ้นที่ความดันสูงมากในไฮโดรเจน ดิวเทอเรียม และไฮไดรด์ พวกเขาคิดว่าการเลือกที่อาจอุดมสมบูรณ์อื่น ๆ สามารถทำได้โดยการศึกษาฟิล์มบาง ๆ ของตัวนำยิ่งยวดที่แสดงสมมาตรการย้อนเวลา บาคาร่าเว็บตรง
