Транзисторный лазер - Transistor laser

Транзисторный лазер полупроводниковый прибор, который функционирует как транзистор с электрическим выходом и оптическим выходом в отличие от типичных двух электрических выходов. Этот оптический выход отделяет его от типичных транзисторов и, поскольку оптические сигналы распространяются быстрее, чем электрические, потенциально может значительно ускорить вычисления. Исследователи, открывшие транзисторный лазер, разработали новую модель Действующий закон Кирхгофа для лучшего моделирования поведения одновременного оптического и электрического выхода.

Открытие

Группу, которой приписывают открытие транзисторного лазера, возглавил Милтон Фенг и Ник Холоняк-младший, и был основан на Иллинойсский университет в Урбана-Шампейн. Исследования транзисторного лазера начались после того, как Фен и Холоняк создали первый светоизлучающий транзистор.[1] в 2004 г.[2] Затем Фен и его команда модифицировали светоизлучающий транзистор, чтобы направить излучаемый им свет в лазерный луч. Их исследование финансировалось DARPA.[3] Статья, посвященная открытию транзисторного лазера, вошла в пятерку лучших статей из всех Письма по прикладной физике ', А транзисторный лазер был назван одним из 100 лучших открытий Обнаружить.[1]

Конструкция транзистора

Транзисторный лазер работает как обычный транзистор, но излучает инфракрасный свет через один из своих выходов, а не электричество. Отражающая полость внутри устройства фокусирует излучаемый свет в лазерный луч. Транзисторный лазер представляет собой биполярный транзистор с гетеропереходом (с использованием разных материалов между базовой и эмиттерной областями), в которой используется квантовая яма в его базовом регионе, что вызывает выбросы Инфракрасный свет. В то время как все транзисторы излучают небольшое количество света во время работы, использование квантовой ямы увеличивает интенсивность светового потока в 40 раз.[4]

Лазерный выход устройства работает, когда квантовая яма в основной области захватывает электроны, которые обычно отправляются через электрический выход. Эти электроны затем подвергаются процессу излучательная рекомбинация, при котором электроны и положительно заряженные «дырки» рекомбинируют в базе.[5] Хотя этот процесс происходит во всех транзисторах, в транзисторном лазере он имеет чрезвычайно короткий срок службы - всего 30 пикосекунд, что обеспечивает более быструю работу.[3] Затем фотоны выпускаются через стимулированное излучение. Свет отражается между отражающими стенками внутри эмиттера шириной 2,2 микрометра.[6] что действует как резонансная полость. Наконец, свет излучается как лазер.[7]

Первоначально устройство было сконструировано из слоев фосфида индия-галлия, арсенида галлия и арсенида индия-галлия, которые препятствовали работе устройства без охлаждения жидким азотом.[3] Современные материалы позволяют работать при 25 ° C.[8] и непрерывная волна (непрерывное излучение света)[9] на 3 ГГц.[7] Транзисторный лазер может производить лазерный выход без какого-либо резонансного пика в частотной характеристике. Он также не страдает нежелательным саморезонансом, который приводит к ошибкам в передаваемой информации, которые потребуют сложной внешней схемы для исправления.[8]

Возможность ускорить работу компьютеров

Несмотря на то, что транзисторный лазер все еще является предметом исследования, было много предположений относительно того, для чего он может быть использован, особенно в вычислительной технике. Например, его оптический возможности могут использоваться для передачи данных между микросхемы памяти, видеокарты, или другие внутренние элементы компьютера с большей скоростью.[8] В настоящее время для оптоволоконной связи требуются передатчики, которые преобразуют электрические сигналы в импульсы света, а затем преобразователь на другом конце, чтобы преобразовывать эти импульсы обратно в электрические сигналы.[6] Это делает оптическую связь внутри компьютеров непрактичной. Однако вскоре оптическая связь внутри компьютеров может стать практичной, потому что преобразование электричества в оптические сигналы и наоборот происходит внутри транзисторного лазера без необходимости во внешних схемах. Устройство также может ускорить текущую оптическую связь в других приложениях, например, при передаче больших объемов данных на большие расстояния.[3]

Изменение законов Кирхгофа

Группа исследователей, открывшая транзисторный лазер, заявила, что один из законов Кирхгофа необходимо будет реконструировать, включив в него сохранение энергии, а не просто Текущий и обвинять. Поскольку транзисторный лазер обеспечивает два разных типа выходного сигнала, группе исследователей, ответственных за транзисторный лазер, пришлось изменить Действующий закон Кирхгофа применять к балансу энергии, а также к балансу заряда.[10] Это был первый раз, когда законы Кирхгофа были распространены не только на электроны, но и на электроны. фотоны, тоже.[11]

Рекомендации

  1. ^ а б http://physics.illinois.edu/people/profile.asp?mfeng
  2. ^ Клоппель, Джеймс Э. «Бюро новостей | Университет Иллинойса». Новый светоизлучающий транзистор может произвести революцию в электронной промышленности. Информационное бюро, 5 января 2004 г. Web. 12 ноя 2012. <http://news.illinois.edu/news/04/0105LET.html >.
  3. ^ а б c d «Новый транзисторный лазер может привести к более быстрой обработке сигналов». ScienceDaily. ScienceDaily, 29 ноября 2004 г. Web. 18 октября 2012 г. <https://www.sciencedaily.com/releases/2004/11/041123210820.htm >.
  4. ^ Роу, Мартин. «Транзисторный лазер может изменить связь». TMWorld. Мир испытаний и измерений, 10 июля 2010 г. Интернет. 11 ноя 2012. <http://tmworld.com/design/manufacturing/4388168/Transistor-laser-could-change-communications >.
  5. ^ Трой, Чарльз Т. «Транзисторный лазер нарушает закон». Спектры фотоники. Laurin Publishing, август 2010. Интернет. 10 ноя 2012 <http://www.photonics.com/Article.aspx?AID=43340 >.
  6. ^ а б Холоняк, Ник-младший, и Милтон Фенг. «Транзисторный лазер». IEEE Spectrum. IEEE, февраль 2006 г. Web. 10 ноя 2012. <https://spectrum.ieee.org/computing/hardware/the-transistor-laser/0 >.
  7. ^ а б Фэн М., Холоняк Н., Вальтер Г. и Чан Р. «Непрерывная работа лазера на гетеропереходных транзисторах при комнатной температуре». Письма по прикладной физике 87.13 (2005): 131103-31103-3. Распечатать.
  8. ^ а б c «Транзисторный лазер: радикальное революционное устройство». Составные полупроводники Галлий, нитрид арсенида индия LED InP SiC GaN. 01 февраля 2011 г. Интернет. 18 октября 2012 г. <http://www.compoundsemiconductor.net/csc/features-details.php?cat=features&id=19733050 >.
  9. ^ Пашотта, Рюдигер. «Непрерывная работа». Статья о работе в непрерывном режиме, Cw. RP Photonics, н.д. Интернет. 17 ноя 2012. <http://www.rp-photonics.com/continuous_wave_operation.html >.
  10. ^ Затем Х. У., Н. Холоняк-младший и М. Фэн. "Модель микроволновой схемы трехпортового транзисторного лазера". ЖУРНАЛ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ 108 (2010): n. стр. Интернет.
  11. ^ «Новое определение закона электрического тока с помощью транзисторного лазера». ScienceDaily. ScienceDaily, 17 мая. 2010. Интернет. 18 октября 2012 г. <https://www.sciencedaily.com/releases/2010/05/100512164335.htm >.

внешняя ссылка