晶體管激光器恐將顛覆基爾霍夫定律

時間:2010-05-20

來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

導(dǎo)語:若是真的開始在電路中采用TL(晶體管激光器),目前的電子學(xué)教科書恐怕都得改寫,因為TL顛覆了該領(lǐng)域存在已久的電荷守恒定律。

      晶體管激光器(transistor-laser,TL)─即一種同時具備光學(xué)與電氣輸出的晶體管,發(fā)明TL的工程師表示,這種器件非常適合半導(dǎo)體轉(zhuǎn)向整合光學(xué)的趨勢;但他們也指出,若是真的開始在電路中采用TL,目前的電子學(xué)教科書恐怕都得改寫,因為TL顛覆了該領(lǐng)域存在已久的電荷守恒定律(conservation of charge),以及基爾霍夫定律(Kirchhoff''''s Law)。
      美國伊利諾大學(xué)教授Milton Feng表示:“就像是晶體管對現(xiàn)今的IC所帶來的影響,我們預(yù)期晶體管激光器也將帶來類似的影響力,為光電整合IC以及光學(xué)互連開啟新的視野。”Milton Feng與其同事Nick Holonyak、在讀博士Han Wui Then一同發(fā)明晶體管激光器。晶體管激光器雖然已經(jīng)問世約六年的時間,但其發(fā)明人卻是一直到最近才為該技術(shù)與傳統(tǒng)電路理論之間的失配(miss-match)問題找到解答。
      在喬治˙歐姆(Georg Ohm)定義了電路理論中的第一個定律之后不久,古斯塔夫˙基爾霍夫(Gustav Kirchhoff)提出了迄今仍廣為傳授的、被稱為“基爾霍夫定律”的電荷守恒原則,即:“在電路的任何一個接面,流入該節(jié)點的電流總量會與流出該節(jié)點的電流總量相同。”但在晶體管激光器中,有部份電流是要前往制造激光束──也就是混合了電荷守恒與能量守恒(energy conservation)。
  因此Feng指出:“新的教科書需要把激光晶體管包含在里面,‘基爾霍夫電流定律’應(yīng)該被重新定義為‘基爾霍夫電流與能量定律’?!?/p>


開發(fā)TL的美國伊利諾大學(xué)教授Milton Feng與Nick Holonyak

 


  研究人員為其基于量子阱(quantum-well-based)的晶體管激光器制作了等效電路,能用以準確地建立該晶體管激光器基底(也就是激光器發(fā)光之處)的充放電機制模型。也因此,現(xiàn)在可以通過計算機仿真的方式來研究TL電路,進行其頻率與時域(time-domain)性能的分析。研究人員并已經(jīng)在一個用三五族半導(dǎo)體材料所制作的晶體管激光器原型上,驗證了其算法。
  該原型的發(fā)光層是以砷化銦鎵(indium gallium arsenide)量子阱、以三明治夾層方式與p型半導(dǎo)體基底組合而成;其發(fā)光腔(emitting cavity)為2.2μm寬、0.85cm長,發(fā)光波長1.0μm,閾值電流40mA,能在3GHz頻率對該激光進行直接調(diào)變。接下來,該研究團隊計劃打造可應(yīng)用在IC設(shè)計的整套晶體管激光器功能區(qū)塊。

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