Quantum Cascade Laser

Hari ini saya belajar tentang Quantum Cascade Laser (QCL)oleh Dr.Federico Capasso Profesor Fisik Apliklasi Robert L.Wallace di pusat pengajian Kejuruteraan dan sains Aplikasi Hardward .
Dalam tahun-tahun ini,Profesor Capasso telah menjadi terkenal sebagai perintis dalam peranti kuantum baru seperti pengesan runtuhan salji foto,yang merupakan pengesan cahaya yang menukarkan komunikasi ke isyarat elektrik,diod terowong resonan,trasistor ultra cepat,dan peranti semikonduktor yang lain.Quantum Cascade Laser (QCL) adalah suatu inovasi yang di kembangkan oleh Profesor capasso dan rekan sekerjanya pada awal 1990-an.Teknologi ini menjanjikan penggunaan yang penting seperti mengesan molekul uap gas dan cairan dalam berbagai perkiraan dengan kepekaan ultra tinggi,malah sampai ketahap satu bagian per bilion.
Menggambarkan kita hidup pada waktu pemanasan global yang semakin serius, dunia kita memerlukan peranti sebegini terutama untuk mengukur kandungan gas rumah hijau di dalam atmosfer.
Dr.Federico Capasso dapat ijazah doktor di Italy pada tahun 70-an.Ia mendapat biasiswa ke Amerika selama 9 bulan.Jadi Ia membuat keputusan untuk pergi ke Makmal Bell,yang sudah berdekat-dekat menjadi Makmall industri yang utama di dunia.Menangani hadiah Nobel 7 kali Ia mencipta transistor,laser,mesin faks,litar suap balik,bunyi stereo dan lain-lain.Sesudahnya Ia tinggal disana selama 27 tahun.Ia seorang pengkaji lamanya kira-kira 10 tahun,dan menjadi pengurus.Dalam dua tahun yang terakhir,sewaktu Ia menjadi wakil presiden kajian fisik,dan pada tahun terakhir selama 27 tahun di sana,Ia membuat keputusan untuk melakukan sesuatu yang lain.

Pada awal 1980-an,ahli sains sudah mampu mengimplemetasikan telaga kuantum terowong resonan,sistem elektrik 2 dan 1 demensi,dengan elektron jarang alami penyelerakan benda asing,karena bahan semi konduktor boleh di buat dengan begitu tulen.Ini berkat kaedah penghasilan kristal yang hebat di namakan Epitaksi Pancaran Molekul (EPM),mampu menghasilkan lapisan nipis yang mempunyai kualiti habluran yang tinggi dengan ketepatan atom ,dan ketulenan bahan yang tinggi.Oleh itu pada masa itu jurutera saintis seperti Federico Capasso menggunakan sumber-sumber untuk wujudkan peranti kuantum imaginatif,berdasarkan idea abstrak yang di ambil dari pada buku teks fizik kuantum.Mereka juga eksplorasi jalan baru peranti elektronik dan fotonik,boleh di katakan hanya terbatas kepada imaginasi mereka."Pada asasnya idea ini gunakan hukum mekanik kuantum,mereka boleh menganggap diri sebagai ahli alkimia modern.mereka boleh menggunakan hukum mekanik kuantum,bahan yang di sesuaikan dengan cara yang terkawal.Agar mereka dapat mewujudkan bahan dengan ciri-ciri buatan manusia.Sebenarnya Quantum cascade Laser ialah penggunaan reka bentuk kelas bahan laser yang baru.Alam semula jadi terlibat karena ia menentukan mekanik Quantum.Tapi pada asasnya manusia ialah pereka sebenar di sebalik.Kita mereka bentuk benda agar bahan yang baru ada ciri-ciri tertentu yang tidak dapat di jumpai dalam alam semula jadi.

Untuk banyak dekad,diod laser heterostruktur kembar telah di keluarkan dan teknologi ini telah banyak majukan industri semikonduktor dan telekomunikasi dunia ini pada 1980-an dan 1990-an.Ahli sains Jerman Dr.Herbert Kroemer,dan ahli sains Rusia Dr. Zhores Alverov telah di pilih sebagai pemenang Hadiah Nobel dalam Fisik pada 2000 atas pengembangan laser heterostruktur semikonduktor dan peranti lain yang di gunakan dalam opto elektronik berkelajuan tinggi.
Pada 1994,Profesor capasso dan rekan sekerjanya di Makmal Bell mencipta sejenis keluarga laser yang baru,yang di panggil Quantum cascade Lazer (QCL),yang boleh di gambarkan sebagai air terjun elektronik yang mengalir menuruni tangga.Di setiap anak tangga, foton dengan jarak gelombang tertentu di keluarkan.Satu lagi sifat istimewa laser ini ialah pengeluaran jarak gelombang boleh di ubah pada lingkungan jarak gelombang yang luas dalam lingkungan jarak gelombang infra tengah (3-12mikrometer).Dimana ia tidak mudah untuk cari sumber cahaya alternatif yang efisien.Ini lingkungan sprektrum yang penting karena di situlah kebanyakan molekul memamerkan spektrum penyerapan pancar kilau,dengan itu membolehkan laser di gunakan untuk analisis kimia.Laser konduktor pada asasnya telah masuki hidup seharian kita.
Sewaktu kita dengar musik dalam DVD pada asasnya apa yang membaca DVD itu ialah laser semikonduktor.Ia juga di gunakan untuk telekomunikasi.Kita tidak akan dapat lihat komunikasi berkelajuan tinggi_hakikatnya kita dapat baca Ensiklopedia Britannica dalam hanya beberapa menit pada kabel berkelajuan tinggi tanpa laser semikonduktor,karena ia mengeluarkan denyut cahaya dengan sekejab-sekejab.Ia mewakili bet Laser Semikonduktor adalah berdasarkan prinsip yang sangat mudah.Jarak gelombang yang ia keluarkan bergantung kepada ciri-ciri kimia bahan-bahan itu.Jadi jika menggunakan laser biru,pilihlah bahan yang di namakan gallium nitrid.Tapi jika menginginkan laser semikonduktor yang tidak dapat di lihat,seperti yang kita gunakan untuk telekom,kita perlu tukar bahan dan gunakan aloi kompleks.Ini di panggil idium gallium arsenit fosfit.Jika ingin tuker warna laser perlu mengubah bahannya.

Dr.Federico Capasso memperhatikan bahwa Quantum cascade Laser ialah kemajuan besar dalam reka bentuk laser.Pada asasnya mereka mengawal jarak gelombang bukan dengan tukar bahannya,tapi dengan tukar ketebalan lapisan nipis ultra dalam kawas yang aktif.kawasan yang aktif ialah kawasan yang mengeluarkan cahaya laser.Ia di reka bentuk untuk meliputi apa yang di panggil spektrum infra tengah.Ini ialah spektrum di mana molekul ada cap jari penyerapan penunjuk arah kemudi.Molekul seperti karbon monoksida,karbon dioksida,air dan lian-lain.Infra tengah mungkin menjadi bidang teknologi yang amat penting karena dengan gunakan jarak gelombang tak nampak ini kita dapat mengesan molekul .

Alat ini boleh kelurakan cahaya koheren dalam lingkungan infra tengah,di mana molekul gas dan cairan ada ciri-ciri spektrum penyerapan.Satu molekul per bilionpun dapat di kesan dengan menggunakan sumber cahaya laser baru ini dalam berbagai prakiraan.