หวีความถี่เป็นหนึ่งในการพัฒนาที่สำคัญที่สุดในมาตรวิทยาในศตวรรษที่ 21 แต่หวีทั่วไปนั้นเทอะทะและไวต่อสิ่งรบกวนภายนอกอย่างมาก ขณะนี้กลุ่มอิสระสองกลุ่มนำเสนอการพัฒนาที่สำคัญในหวีความถี่โซลิดสเตต ซึ่งอาจนำไปสู่หวีที่ทนทานและสะดวกสำหรับการใช้งานนอกห้องปฏิบัติการ อย่างแรกคือหวีความยาวคลื่นโทรคมนาคมในตัวที่ปรับให้คงที่ทุกครั้งที่เปิดเครื่อง
วิธีที่สองใช้กลไกใหม่ทั้งหมดเพื่อสร้างการแผ่คลื่น
ความถี่แบบหวีในช่วงอินฟราเรดช่วงกลาง ซึ่งเป็นบริเวณที่สำคัญสำหรับโมเลกุลสเปกโทรสโกปี หวีความถี่เป็นเลเซอร์พัลซิ่งซึ่งมักถูกอธิบายว่าเป็นไม้บรรทัดของแสง เพราะมันสร้างพัลส์ที่สั้นมากซึ่งประกอบด้วยแสงที่ความถี่ที่เว้นระยะสม่ำเสมอ โดยการแก้ไขความถี่เหล่านี้อย่างแม่นยำมาก เช่น การใช้นาฬิกาอะตอม เราสามารถวัดความถี่ของสัญญาณไฟโดยศึกษาว่าหวีนั้นตกลงมาจากความถี่อ้างอิงนี้มากน้อยเพียงใด หวีความถี่ได้พิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์อย่างมากในห้องปฏิบัติการสำหรับการสร้างนาฬิกาอะตอมที่ดีขึ้น ปรับปรุงมาตรฐานเวลาและความถี่ และยังทำ ultracold atomic และ molecule Spectroscopy
อย่างไรก็ตาม การใช้หวีความถี่แบบดั้งเดิมนั้นถูกจำกัดโดยความต้องการเลเซอร์ แอมพลิฟายเออร์กำลังสูง ความเสถียรสูง แอมพลิฟายเออร์ และส่วนประกอบอื่นๆ เช่น ตัวแยก เพื่อป้องกันไม่ให้การป้อนกลับทำให้เลเซอร์ไม่เสถียร ในทศวรรษที่ผ่านมาหรือประมาณนั้น นักวิจัยได้แสวงหาอุปกรณ์ที่เป็นมิตรกับผู้ใช้มากขึ้นสำหรับการใช้งานต่างๆ เช่น มัลติเพล็กซ์ไฟเบอร์ออปติก การรักษาเวลา และการตรวจจับโมเลกุล
ส่วนประกอบง่ายๆในปี 2018 นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียในนิวยอร์กซิตี้ นำโดยMichal LipsonและAlexander Gaetaได้เปิดตัวหวีความถี่แบบโซลิดสเตตและเข้ากันได้กับโทรคมนาคม ซึ่งกำจัดส่วนประกอบเฉพาะทางจำนวนมาก ใช้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบปั๊มไฟฟ้ากำลังต่ำ เมื่อไมโครเรโซเนเตอร์แบบโซลิดสเตตถูกฉีดด้วยแสงที่ความยาวคลื่น 1579 นาโนเมตร
ความไม่เป็นเชิงเส้นของเคอร์ทำให้แถบข้างปรากฏขึ้น
ที่ความถี่ที่เว้นระยะอย่างแม่นยำ สัดส่วนของพลังงานในโหมดเหล่านี้ค่อยๆ เพิ่มขึ้น ก่อตัวเป็นหวีความถี่แม้ว่านี่จะเป็นความก้าวหน้าครั้งใหญ่ แต่ก็มีปัญหาอยู่บ้าง จำเป็นต้องมีกระบวนการที่ซับซ้อนเพื่อบรรลุและรักษาการทำงานของหวี และถึงกระนั้นก็ไม่ได้สร้างพัลส์ที่เสถียรของเฟสและความเข้มที่เรียกว่าโซลิตันอย่างน่าเชื่อถือ “ถ้ามันไม่ได้สร้างโซลิตัน มันไม่ใช่หวีที่เงียบ” จอห์น บาวเวอร์ สแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาบาร์บาราอธิบาย “ถ้าคุณต้องการทำนาฬิกาอะตอม หรือลิดาร์ หรือระบบส่งสัญญาณมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น คุณทำไม่ได้ ไม่ต้องการความไม่เสถียรของการมอดูเลต มันไม่มีประโยชน์สำหรับแอปพลิเคชันส่วนใหญ่”
ตอนนี้ นักวิจัยในซานตา บาร์บารา นำโดย Bowers ร่วมกับนักวิทยาศาสตร์ที่ Caltech และ EPFL ในสวิตเซอร์แลนด์ ได้เปิดเผยเลเซอร์โซลิดสเตตแบบบูรณาการที่แก้ปัญหาเหล่านี้ได้ ในขณะที่หวีความถี่แบบเดิมจำเป็นต้องป้องกันการป้อนกลับระหว่างไมโครเรโซเนเตอร์กับเลเซอร์ การออกแบบล่าสุดนี้ใช้ผลป้อนกลับ
เสียงรบกวนต่ำกว่ามากเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์
ราคาถูกที่เรียกว่าเลเซอร์ดิสทริบิวเตอร์ป้อนกลับ (DFB) ถูกรวมเข้ากับชิปที่วางระยะห่างขนาดเล็กที่ควบคุมได้อย่างแม่นยำจากไมโครเรโซเนเตอร์ที่ติดตั้งบนชิปอีกตัวหนึ่ง ปฏิสัมพันธ์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นที่ซับซ้อนทางกายภาพระหว่างช่องเลเซอร์และไมโครเรโซเนเตอร์ทำให้เกิดผลลัพธ์ที่ง่ายมาก: ทุกครั้งที่เปิดเลเซอร์ ไมโครเรโซเนเตอร์จะปรับตัวเองโดยอัตโนมัติเพื่อผลิตโซลิตัน อย่างน่าทึ่ง หวีความถี่ที่ได้มีคำสั่งของขนาดเสียงที่ต่ำกว่าเลเซอร์แบบเดิม: “เลเซอร์ DFB นั้นเส็งเคร็ง” Bowers กล่าว “ผู้คนจ่ายเงิน 60,000 ดอลลาร์สำหรับเลเซอร์เพื่อให้ได้เส้นที่ไม่ค่อยดีเท่านี้” นอกจากนี้ สภาพโซลิตันยังทนต่อการรบกวนของสิ่งแวดล้อม เช่น ความผันผวนของอุณหภูมิ
นักวิจัยหวังว่าอุปกรณ์ของพวกเขาจะทำให้หวีความถี่แพร่หลายมากขึ้น: “เราเชื่อว่าเราจะสามารถรวมเอาทั้งหมดนี้ไว้ในชิปตัวเดียวได้ในไม่ช้า” Bowers กล่าว “มันอาจจะยาวเป็นมิลลิเมตร สามารถผลิตได้จำนวนมาก อาจมีราคาถูก และไม่ต้องเรียนปริญญาเอก นั่นคือสิ่งที่น่าตื่นเต้นเกี่ยวกับเรื่องนี้”
ระบบแบบครบวงจรGaeta ประทับใจมาก: “คุณสามารถยืนยันได้ว่าหวีไมโครเรโซเนเตอร์เป็นสนามที่มีการใช้งานมากที่สุดในโฟโตนิกที่ไม่เป็นเชิงเส้นในทศวรรษที่ผ่านมา” เขากล่าว “งานของฉันกับ Michal Lipson เป็นระบบบูรณาการระบบแรกที่แท้จริง และคนเหล่านี้ได้ทำขั้นตอนสำคัญอีกขั้นในการรวมระบบเพิ่มเติมและทำให้ระบบ ‘แบบเบ็ดเสร็จ’ ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการนำเทคโนโลยีนี้ไปสู่ภาคสนาม”
ในขณะเดียวกันที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดFederico Capassoและเพื่อนร่วมงานก็มุ่งเน้นไปที่การสร้างหวีความถี่ที่ทำงานในพื้นที่อินฟราเรดกลางที่ความยาวคลื่น 2.5-10 µ m ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าที่โมเลกุลมีลายนิ้วมือสเปกตรัมที่ไม่ซ้ำกัน ในขณะที่เลเซอร์คาสเคดควอนตัม (QCLs) มีจำหน่ายในภูมิภาคนี้ การเปลี่ยนให้เป็นหวีความถี่ได้พิสูจน์แล้วว่าทำได้ยากมาก
ผลลัพธ์ที่น่าประหลาดใจ ทีมของ Capasso ได้ตรวจสอบความเป็นไปได้ในการผลิตหวีความถี่กลางอินฟราเรดจากเลเซอร์วงแหวนน้ำตกควอนตัม ซึ่งทำหน้าที่เป็นไมโครเรโซเนเตอร์ของตัวเองเมื่อฉีดด้วยไฟฟ้า หวีความถี่ QCL แบบดั้งเดิมอาศัยโพรงรูปทรงแท่งเพื่อสร้างคลื่นนิ่ง ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่เกิดขึ้นในโพรงวงแหวนสมมาตร ดังนั้น นักวิจัยจึงเพิ่มข้อบกพร่องให้กับวงแหวนเพื่อทำลายสมมาตรนี้ และปล่อยให้คลื่นนิ่งก่อตัวขึ้น
“ในฐานะผู้ควบคุม เราใส่วงแหวนที่สมบูรณ์แบบสองสามวงไว้บนชิป” มาร์โค ปิกคาร์โดจาก ฮาร์วาร์ดอธิบาย “เราประหลาดใจมาก สิ่งเหล่านี้สร้างหวีความถี่ด้วย…นี่คือที่ที่เราเริ่มเกาหัวของเรา” หลังจากการวิเคราะห์เชิงทฤษฎีเกี่ยวกับฟิสิกส์ของเลเซอร์แล้ว นักวิจัยตระหนักว่าคำอธิบายอยู่ในความไม่แน่นอนในสมการเชิงอนุพันธ์แบบไม่เชิงเส้นที่เรียกว่าสมการ Ginzburg-Landau ที่ซับซ้อน ซึ่งอธิบายระบบการขยายเชิงพื้นที่ของออสซิลเลเตอร์ที่ไม่ใช่เชิงเส้นคู่: “ไม่ได้สังเกต ในบาร์” พิคคาร์โดกล่าว “ความจริงที่ว่าเลเซอร์วงแหวนสามารถเข้าไปในระบอบหวีความถี่นี้ได้คือความไม่เสถียรแบบใหม่สำหรับเลเซอร์น้ำตกควอนตัม
Credit : csopartnersforchange.org developerhc.com drugfreeasperger.com edgenericviagra.com embracingeveryday.net
