หวีถี่เป็นหนึ่งในการพัฒนาที่สำคัญที่สุดในด้านมาตรวิทยาในศตวรรษที่ 21 แต่หวีทั่วไปนั้นมีขนาดใหญ่และไวต่อการรบกวนจากภายนอกสูง ขณะนี้กลุ่มอิสระ 2 กลุ่มนำเสนอการพัฒนาที่สำคัญในหวีความถี่โซลิดสเตต ซึ่งอาจนำไปสู่หวีที่ทนทานและสะดวกสำหรับการใช้งานนอกห้องปฏิบัติการ อย่างแรกคือหวีความยาวคลื่นโทรคมนาคมในตัวที่ทำให้ตัวเองเสถียรทุกครั้งที่เปิดเครื่อง ส่วนที่สองใช้กลไกใหม่
ทั้งหมด
ในการสร้างการแผ่คลื่นความถี่ในช่วงอินฟราเรดกลาง ซึ่งเป็นบริเวณที่สำคัญสำหรับสเปกโทรสโกปีระดับโมเลกุล หวีความถี่เป็นเลเซอร์พัลส์ที่มักถูกอธิบายว่าเป็นไม้บรรทัดของแสง เพราะมันสร้างพัลส์ที่สั้นมากซึ่งประกอบด้วยแสงที่ความถี่เว้นระยะอย่างสม่ำเสมอ ด้วยการกำหนดหนึ่งในความถี่เหล่านี้
ให้แม่นยำมาก เช่น การใช้นาฬิกาอะตอม เราสามารถวัดความถี่ของสัญญาณแสงได้โดยศึกษาว่าหวีที่ตกจากความถี่อ้างอิงนี้ห่างจากหวีมากเพียงใด หวีความถี่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์อย่างมากในห้องปฏิบัติการในการสร้างนาฬิกาอะตอมที่ดีขึ้น ปรับปรุงมาตรฐานเวลาและความถี่
และยังทำอัลตราโคลด์อะตอมและสเปกโทรสโกปีของโมเลกุล อย่างไรก็ตาม การใช้หวีความถี่แบบดั้งเดิมนั้นถูกจำกัดด้วยความต้องการเลเซอร์พลังงานสูงที่มีความเสถียรสูง แอมพลิไฟเออร์ และส่วนประกอบอื่นๆ เช่น ตัวแยกสัญญาณ เพื่อป้องกันผลป้อนกลับจากการทำให้เลเซอร์ไม่เสถียร
ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา นักวิจัยได้แสวงหาอุปกรณ์ที่เป็นมิตรต่อผู้ใช้มากขึ้นสำหรับการใช้งานต่างๆ เช่น ไฟเบอร์ออปติกมัลติเพล็กซ์ การเก็บเวลา และการตรวจจับโมเลกุล ส่วนประกอบที่เรียบง่าย
ในปี 2018 นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียในนครนิวยอร์ก ได้เปิดตัวหวีความถี่ที่เข้ากันได้
กับโทรคมนาคมแบบโซลิดสเตต ซึ่งกำจัดส่วนประกอบเฉพาะทางจำนวนมาก ใช้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์พลังงานต่ำที่ปั๊มด้วยไฟฟ้า เมื่อไมโครเรโซเนเตอร์โซลิดสเตตถูกฉีดด้วยแสงที่ความยาวคลื่น 1,579 นาโนเมตร ทำให้แถบด้านข้างปรากฏขึ้นที่ความถี่ที่มีระยะห่างอย่างแม่นยำ
สัดส่วน
ของพลังงานในโหมดเหล่านี้ค่อยๆ เพิ่มขึ้น ก่อตัวเป็นหวีความถี่ แม้ว่านี่จะเป็นความก้าวหน้าครั้งใหญ่ แต่ก็มีความยากลำบาก จำเป็นต้องมีกระบวนการที่ซับซ้อนเพื่อให้ได้และคงไว้ซึ่งการทำงานของหวี และถึงอย่างนั้นก็ไม่สามารถสร้างพัลส์ที่มีเฟสและความเข้มคงที่ที่เรียกว่าโซลิตันได้อย่างน่าเชื่อถือ
“ถ้ามันไม่ได้ผลิตโซลิตัน มันก็ไม่ใช่หวีที่เงียบ” จอห์น โบเวอร์สแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาบาร์บาราอธิบาย “ถ้าคุณต้องการสร้างนาฬิกาอะตอม หรือลิดาร์ หรือระบบส่งกำลังแบบมัลติเพล็กซิ่งแบบแบ่งความยาวคลื่น ไม่ต้องการความไม่แน่นอนของการมอดูเลต ไม่มีประโยชน์สำหรับแอปพลิเคชัน
ส่วนใหญ่” ตอนนี้ นักวิจัยในซานตา บาบารา นำโดย Bowers ร่วมกับนักวิทยาศาสตร์จาก C ในสวิตเซอร์แลนด์ ได้เปิดตัวเลเซอร์โซลิดสเตตในตัวที่ช่วยแก้ปัญหาเหล่านี้ ในขณะที่หวีความถี่แบบดั้งเดิมจำเป็นต้องป้องกันการป้อนกลับระหว่างไมโครเรโซเนเตอร์และเลเซอร์ การออกแบบล่าสุดนี้ใช้การป้อนกลับ
เสียงรบกวนต่ำกว่ามาก เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ราคาถูกที่เรียกว่าเลเซอร์ป้อนกลับแบบกระจาย (DFB) ถูกรวมเข้ากับชิปที่วางห่างจากไมโครเรโซเนเตอร์ที่ติดตั้งบนชิปอื่นในระยะที่ควบคุมได้อย่างแม่นยำ ปฏิกิริยาทางกายภาพที่ไม่เป็นเชิงเส้นที่ซับซ้อนทางกายภาพระหว่างโพรงเลเซอร์กับไมโครเรโซเนเตอร์
สร้างผลลัพธ์ที่เรียบง่ายมาก ทุกครั้งที่เปิดเลเซอร์ ไมโครเรโซเนเตอร์จะปรับตัวเองโดยอัตโนมัติเพื่อสร้างโซลิตัน อย่างน่าทึ่ง หวีความถี่ที่ได้นั้นมีลำดับของสัญญาณรบกวนต่ำกว่าเลเซอร์ดั้งเดิม: “เลเซอร์ เส็งเคร็ง” “ผู้คนจ่ายเงิน 60,000 ดอลลาร์สำหรับเลเซอร์เพื่อให้ได้ความกว้างของเส้นที่ไม่ดีเท่านี้”
นอกจากนี้
สถานะโซลิตันยังทนต่อการรบกวนจากสิ่งแวดล้อม เช่น ความผันผวนของอุณหภูมินักวิจัยหวังว่าอุปกรณ์ของพวกเขาจะทำให้หวีความถี่แพร่หลายมากขึ้น: “เราเชื่อว่าอีกไม่นานเราจะสามารถผสานรวมทั้งหมดนี้เข้ากับชิปตัวเดียวได้” กล่าว “มันอาจยาวเป็นมิลลิเมตร สามารถผลิตจำนวนมากได้
มันอาจจะค่อนข้างถูก และไม่ต้องใช้ปริญญาเอกก็สามารถทำได้ นั่นคือสิ่งที่น่าตื่นเต้นเกี่ยวกับเรื่องนี้”
ระบบแบบครบวงจรรู้สึกประทับใจ: “คุณสามารถโต้แย้งได้ว่า เป็นสาขาที่มีการใช้งานมากที่สุดในโฟโตนิกส์ที่ไม่ใช่เชิงเส้นในทศวรรษที่ผ่านมา” เขากล่าว “งานของฉันกับ เป็นระบบบูรณาการจริงระบบแรก
และคนเหล่านี้ได้สร้างอีกก้าวสำคัญในการบูรณาการเพิ่มเติมและทำให้ระบบ ‘แบบครบวงจร’ นับเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการนำเทคโนโลยีนี้เข้าสู่ภาคสนาม”ในขณะเดียวกัน ที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดและเพื่อนร่วมงานมุ่งเน้นไปที่การสร้างหวีความถี่ที่ทำงานในย่านอินฟราเรดกลางที่ความยาว
คลื่น 2.5-10 µm ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าที่โมเลกุลจะมีลายนิ้วมือสเปกตรัมที่ไม่เหมือนใคร แม้ว่าเลเซอร์ควอนตัมคาสเคด (QCLs) จะพร้อมใช้งานในภูมิภาคนี้ แต่การเปลี่ยนให้เป็นหวีความถี่ได้พิสูจน์แล้วว่ายากมาก ผลลัพธ์ที่น่าแปลกใจ ทีมงาน ได้ตรวจสอบความเป็นไปได้
ในการผลิตหวีความถี่อินฟราเรดกลางจากเลเซอร์วงแหวนควอนตัม ซึ่งทำหน้าที่เป็นไมโครเรโซเนเตอร์ของตัวเองเมื่อถูกฉีดด้วยไฟฟ้า หวีความถี่ QCL แบบดั้งเดิมอาศัยโพรงรูปแท่งเพื่อสร้างคลื่นนิ่ง ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่เกิดขึ้นในโพรงวงแหวนแบบสมมาตร ดังนั้น นักวิจัยจึงเพิ่มจุดบกพร่องให้กับวงแหวน
เพื่อทำลายความสมมาตรนี้และปล่อยให้คลื่นนิ่งก่อตัวขึ้น อธิบาย “ที่เราประหลาดใจ สิ่งเหล่านี้ยังก่อตัวเป็นหวีถี่ๆ ด้วย…นี่คือจุดที่เราเริ่มเกาหัว” หลังจากการวิเคราะห์เชิงทฤษฎีมากมายเกี่ยวกับฟิสิกส์ของเลเซอร์ นักวิจัยตระหนักว่าคำอธิบายนั้นอยู่ในความไม่เสถียรของสมการเชิงอนุพันธ์ที่ไม่ใช่เชิงเส้น
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
