Включение лазеров за счет тепла



В микроэлектронике тепло часто служит причиной проблем, и инженеры должны приложить очень много усилий для охлаждения, например, микрочипы рассеивают генерируемое тепло в процессе работы. Сейчас физики предлагают идею, согласно которой лазер может быть приведен в действие теплом. Это может открыть кардинально новый путь к охлаждению микрочипов.

Лазеры

50 лет до этого открытия, лазеры внедрялись в нашу повседневную жизнь. Лазеры разных длин волн и энергии использовались в разных сферах человеческой деятельности, от электроники до телекоммуникаций и медицины. Например, резка металла лазером, лечение раздичных заболеваний при помощи лазера, лазерная гравировка на кольцах и т.д. Однако не все длины волн были в одинаковой степени изучены. Для инфракрасного и терагерцевого режимов, квантовые каскады лазеров являются главным источником когерентного излучения. Усиления света в таких каскадах получено в связи с многократным наложением полупроводников слоями разнообразным легированием. Электроны перемещаются, в связи с определенной структурой, в ней происходят процессы туннелирования и квантовые прыжки. Эти явления позволяют излучать когерентные частицы света. Между слоями электроны сталкиваются с другими частицами, которые нагревают лазер. Этот лазер работает тем дольше, чем больше он охлажден. Если выработано слишком много тепла, то лазер гаснет.


Когда обнаружили, что волны устраняют нагрев лазера была предложена революционная идея: физики теоретики предлагают использовать тепло для включения лазеров. В их работе, недавно опубликованной, предлагалась теория, согласно которой эффекта нагрева в квантовых лазерных каскадах можно было не только избежать, но и наоборот благодаря изменения толщины слоев полупроводников. Ключевой фактор – это пространственное разделение холодных и теплых областей в лазере. В таком градиенте температур управляется лазер, электроны возбуждаются теплом в теплых областях, а потом туннелируют в холодную область, где испускаются протоны.


Это производит кругооборот, где световые частицы испускаются, и тепло поглощается системой одновременно. Между последовательными эмиссиями световых частиц, фонон поглощается и лазер остывает. Когда эта идея воплотилась в дальнейшем, было обнаружено, что осадок фононов может быть достаточен для обеспечения усиления лазера. Такой лазер может включаться без использования электричества.


Эта концептуально новая идея откроет полностью новый путь использования тепла в микрочипах в выгодных направлениях вместо имеющегося способа рассеивания за счет охлаждения.






Комментариев пока нет!

Поделитесь своим мнением

Сумма: код подтверждения