创新设计自身热量为激光器供能

2012-11-16 09:15

　　在微电子中,热量经常带来麻烦，工程师们在冷却上花费大量工作，例如消散微芯片在操作过程中产生的热量。奥地利物理学家们提出了一个利用热量给激光供能的概念。这种想法可能会开创一个全新的微芯片冷却方式。

　　自50年前发明以来，激光灯就普遍用于日常生活。波长和功率各异的激光器用于我们生活的许多地方，从消费电子到电信和医药。然而，并非所有波长都很好地被开发。因为远红外和太赫兹量子级联激光器是相干辐射的最重要来源。这种量子级联激光器中光放大是通过一个专门设计通有电流的掺杂半导体层重复模型来实现。"电子在这种结构中通过一系列特殊的隧道处理和量子飞跃发生转移，发射相干光粒子，"奥地利因斯布鲁克大学理论物理研究所的Helmut Ritsch对这种激光器的运行这样解释，"在这些级层之间，电子与其它粒子碰撞，加热激光器。"因此，量子级联激光器完全冷却后才工作。当太多热量产生时，激光灯熄灭。

上面是量子级联激光器的示意图。不同的半导体材料层构成插图所示的能带结构。

　　创新性概念

　　在寻找方法减少激光器热量时，博士研究生Kathrin Sandner和Helmut Ritsch想出了一个创新想法：这两个理论物理学家建议用热量来给激光供能。在最近发表于《物理评论快报》的文章中，两位物理学家提出，量子级联激光器的热效应不仅可以避免，而且事实上，通过巧妙设计修改半导体层厚度可以发生逆转。"关键部分是在空间上将激光器的冷热区域分隔开来，"Kathrin Sandner解释说。"在这样的温度梯度驱动激光器中，电子在热区被热激发，然后进入发射光子的冷区。"这就产生了一个自动发射光粒子和从系统中吸收热的电路。"在光粒子连续发射中，声子被吸收而激光器被冷却。当进一步构思这一设想时，我们发现声子可能足以提供能量使激光器产生光束放大，"Kathrin Sandner说。这样激光器就可以不需要电流驱动供能。

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