ช่องที่วุ่นวายช่วยเพิ่มความเสถียรของเลเซอร์กำลังสูง

ความผันผวนที่ไม่ต้องการในการส่งออกของเลเซอร์กำลังสูงสามารถลดลงได้โดยใช้ช่องเลเซอร์ที่ช่วยให้แสงสะท้อนไปรอบๆ อย่างไม่เป็นระเบียบ นั่นคือข้อสรุปที่ขัดกับสัญชาตญาณของนักวิทยาศาสตร์ในสหรัฐอเมริกา สหราชอาณาจักร และสิงคโปร์ ซึ่งการวิจัยยังช่วยเพิ่มความเข้าใจของเราเกี่ยวกับรูปแบบสภาพอากาศและการเปลี่ยนแปลงของของเหลวที่ปั่นป่วน

เลเซอร์กำลังสูงมีการใช้งานที่หลากหลาย 

ตั้งแต่การแปรรูปวัสดุจนถึงการผ่าตัด แต่การรักษาระดับการปล่อยแสงให้คงที่นั้นทำได้ยาก ปฏิกิริยาที่ซับซ้อนที่ไม่เป็นเชิงเส้นที่ซับซ้อนของตัวกลางแอคทีฟของเลเซอร์กับสนามแสงสามารถนำไปสู่ความผันผวนที่วุ่นวายซึ่งทำให้เอาท์พุตลดลงและลดประโยชน์ใช้สอย นักวิจัยพยายามที่จะระงับความผันผวนเหล่านี้ แต่สิ่งนี้สามารถจำกัดพลังของเลเซอร์ได้

เลเซอร์ในอุดมคติจะส่งกำลังทั้งหมดด้วยความถี่เดียว โดยให้หน้าคลื่นทั้งหมดขนานกันอย่างสมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริง โหมดตามยาวที่ต้องการในช่องเลเซอร์รูปทรงดั้งเดิมจะกระตุ้นโหมดตามขวางอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้เช่นกัน

สร้างกระแสOrtwin Hess นักทฤษฎีที่ Imperial College London ซึ่งเชี่ยวชาญด้านควอนตัมนาโนโฟโตนิกส์ อธิบายว่า “มันเหมือนกับเรือที่แพร่กระจายผ่านน้ำ” อธิบายว่า”คุณมีคลื่นที่ผลักไปข้างหน้าและคลื่นก็ผลักออกไปทางด้านข้าง”

โพรงเลเซอร์แบบแคบที่รองรับโหมดแนวขวางเพียงโหมดเดียวโดยทั่วไปจะคงที่ อย่างไรก็ตาม เลเซอร์กำลังสูงต้องการช่องเลเซอร์ขนาดใหญ่ และภายในโหมดเหล่านี้ โหมดตามขวางหลายโหมดสามารถซ้อนทับกันได้ นำไปสู่ความผันผวนอย่างรวดเร็วของแสงที่ส่งออก

ความพยายามที่จะควบคุมความผันผวนเหล่านี้ได้มุ่งเน้นไปที่การระงับโหมดตามขวางหลายแบบเหล่านี้เพื่อทำให้สนามโพรงคล้ายกับเลเซอร์ขนาดเล็ก กลยุทธ์ดังกล่าวอาจประสบความสำเร็จในระดับปานกลาง Hess กล่าว แต่ฟันผุยังคงไม่เสถียรโดยเนื้อแท้

ลักษณะเฉพาะของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ก็คือ 

ภายในวัสดุที่ใช้งานเซมิคอนดักเตอร์ แสงและสสารมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด” เฮสส์อธิบาย “มันเหมือนกับแสงที่เปลี่ยนความหนืดของของเหลวหนืดมากในขณะที่แพร่กระจายผ่านมัน” ตัวอย่างเช่น การฉีดพัลส์ควบคุมที่เสถียร อาจระงับโหมดขวางหลายโหมดได้สำเร็จที่กระแสการสูบน้ำเดียว แต่การเพิ่มกระแสต่อไปอาจทำให้โหมดดังกล่าวปรากฏขึ้นอีกครั้ง

ความไม่มั่นคงในการกวาดล้างในงานวิจัยชิ้นใหม่ Hess และเพื่อนร่วมงานของเขาที่ Imperial ได้ร่วมมือกับนักวิจัยที่ Yale University และ Nanyang Technical University ในสิงคโปร์ ทีมงานใช้แนวทางที่ตรงกันข้ามและเพิ่มจำนวนโหมดในเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ให้มากที่สุด พวกเขาสร้างช่องรูปตัว D โดยไม่มีโหมดตามยาวหรือตามขวาง ในทางกลับกัน แสงก็กระเด้งไปรอบๆ อย่างโกลาหล ความผันผวนในคุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์จึงเป็นแบบสุ่มอย่างมีประสิทธิภาพและต่ำกว่ามาตราส่วนของความยาวคลื่น สิ่งนี้ช่วยป้องกันไม่ให้ความไม่เสถียรในวงกว้างก่อตัว กวาดล้างความไม่เสถียรออกจากสนามแสง และแพร่กระจายไปทั่วเลเซอร์

น่าแปลกใจที่สิ่งนี้ส่งผลให้ช่องเลเซอร์ซึ่งมีความเสถียรโดยเนื้อแท้โดยไม่ขึ้นกับกำลังของปั๊มและสามารถเปล่งแสงที่ความถี่หลายความถี่พร้อมกันโดยที่เอาต์พุตไม่ได้รับผลกระทบจากความผันผวนที่ไม่เสถียร

เราไม่ต้องฉีดอะไรเลย” นักฟิสิกส์เลเซอร์

Hui Caoผู้นำกลุ่ม Yale กล่าว เธอเสริมว่า “แต่เราออกแบบรูปทรงโพรงเพื่อขจัดความไม่เสถียร” เฮสส์เปรียบเทียบแนวทางของเสถียรภาพนี้ผ่านความโกลาหลของความยาวคลื่นย่อยกับโอกาสที่พายุทอร์นาโดจะก่อตัวในบริเวณที่เป็นเนินเขาลดลงมากกว่าพื้นที่ราบ

เน้นอุตสาหกรรมอย่างไรก็ตามปัญหาบางอย่างยังคงอยู่ แม้ว่าโปรไฟล์เอาต์พุตของเลเซอร์จะมีความเสถียรสูง แต่ยังไม่สามารถโฟกัสลำแสงได้แน่นมาก Cao กล่าวว่านี่ไม่ใช่ปัญหาสำหรับการใช้งาน เช่น การตัดเฉือนและการแปรรูปวัสดุ: “สำหรับการใช้งานเหล่านั้น สิ่งสำคัญคือการผลิตโปรไฟล์ลำแสงเฉพาะ” เธอเสริมว่า “ผู้คนใช้รูปทรงลำแสงแบบเกาส์เซียนและแปลงเป็นเส้น สี่เหลี่ยมจัตุรัส หรือสามเหลี่ยม เพราะพวกเขาต้องการเขียนรูปแบบนั้นลงในอุปกรณ์ของตน พวกมันไม่ต้องการความสอดคล้องเชิงพื้นที่ที่ดีมากเพราะรูปร่างนั้นใหญ่กว่าขีดจำกัดการเลี้ยวเบน และแบนด์วิดท์ที่ค่อนข้างกว้างก็ไม่ใช่ปัญหาใหญ่เช่นกัน สิ่งที่พวกเขาต้องการคือความเข้มและความเสถียรของรูปทรงลำแสง”

เลเซอร์ใหม่สร้างกระแสน้ำวนหมุนวนของแสงนักวิจัยเชื่อว่าการออกแบบโพรงควรใช้ได้กับเลเซอร์หลายประเภท ซึ่งทุกคนสามารถทนทุกข์ทรมานจากความไม่เสถียรที่คล้ายคลึงกันที่พลังงานสูง นอกเหนือจากนี้ พวกเขาเชื่อว่าอาจมีการประยุกต์ใช้ในการศึกษาพฤติกรรมที่วุ่นวายและไม่เสถียรในระบบอื่น ๆ : “เรากำลังพยายามเข้าถึงชุมชนอื่น ๆ เพื่อดูว่าแผนของเราสามารถใช้เพื่อระงับความไม่เสถียรเชิงพื้นที่ในระบบอื่น ๆ ที่ไม่ใช่ ระบบไดนามิกของคลื่นเชิงเส้น” Cao กล่าว “โดยพื้นฐานแล้วสมการก็เหมือนกัน”

นักฟิสิกส์เซมิคอนดักเตอร์ Alessandro Tredicucciจาก University of Pisa ในอิตาลีกล่าวว่า “เครื่องสะท้อนเสียงแบบสุ่มหรือแบบโกลาหลเป็นสาขาวิชาที่มีการใช้งานมาระยะหนึ่งแล้วในด้านทัศนศาสตร์และโฟโตนิกส์ แต่ส่วนใหญ่เป็นการวิจัยขั้นพื้นฐาน “นี่เป็นสถานการณ์ที่ชัดเจนว่าช่องที่วุ่นวายมีประโยชน์มากกว่าช่องเลเซอร์ทั่วไป” อย่างไรก็ตาม เขาเตือนว่า “คุณต้องเพิ่มพลังให้มากขึ้นเพื่อให้โหมดเหล่านี้ทำงานพร้อมกันได้ ซึ่งลดประสิทธิภาพลงและหมายความว่าโดยทั่วไปแล้วเลเซอร์ที่โกลาหลเหล่านี้มีประสิทธิภาพต่ำกว่าเลเซอร์ทั่วไป”

นักวิจัยกล่าวว่าการสังเกตของพวกเขาให้ข้อมูลที่มีค่าแก่นักฟิสิกส์ที่กำลังพยายามพัฒนาแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ที่แม่นยำของคุณสมบัติของไฮโดรเจนที่ความดันและอุณหภูมิที่รุนแรง สิ่งนี้เป็นที่สนใจอย่างมากสำหรับนักฟิสิกส์ที่ศึกษาการตกแต่งภายในของดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ เช่น ดาวพฤหัสบดี ซึ่งเชื่อกันว่ามีไฮโดรเจนที่เป็นโลหะเหลว

Marius Millotแห่ง LLNL กล่าวว่า “ผลลัพธ์เหล่านี้เป็นการทดสอบทัวร์เดอฟอร์ซอย่างแท้จริงและมีความสำคัญเป็นพิเศษ เนื่องจากเป็นการทดสอบที่เข้มงวดมากสำหรับการจำลองเชิงตัวเลขแบบต่างๆ ซึ่งเราสามารถใช้เพื่อทำนายคุณสมบัติขององค์ประกอบของดาวเคราะห์ที่ความดันสูง ซึ่งจำเป็นต่อ จำลองโครงสร้างภายในและกระบวนการวิวัฒนาการของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์”

Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>>ป๊อกเด้งออนไลน์ ขั้นต่ำ 5 บาท