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編者的話 |
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世界上最精巧 的「藍芽」組件 |
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新一代節能可控 機械式壓力機的 設計與製造 |
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無線ad-hoc網絡 |
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光世界的疑難 與突破 |
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IT人講IT |
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院訊 |
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路寶治的世界 |
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令人樂而忘返的 三日兩夜 |
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我問你答 |
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第五期 出版日：二零零五年九月
| 光世界的疑難與突破 |
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在光纖通訊方面，激光器是個相當重要的元件。它能提供光源，將高速電訊號轉換成光訊號，透過光纖傳到遠方。製成激光器的材料，最基本條件是可用來放大光訊號。傳統激光器都是利用半導體合成材料製成 (例如鋁、銦、磷和砷等) ， 而以硅來製造激光器是科學家多年來的夢想和研究方向。 早在2003年，美國的科學家已經嘗試利用硅原子的共振特性，將一個光子複製成兩個甚至多個光子，在硅物料上直接放大光訊號。但是在實驗過程中，由於某些不明原因，科學家並未能得到預期效果。 香港中文大學電子工程學系的曾漢奇教授和梁德強博士，最近通過實驗成功找出了為何未能製成硅激光器的箇中原因。他們的研究成果已率先在2004年4月份的國際科學文獻－Applied Physics Letters上發表。原來，如果通過硅的光子數量過多，雖然有一部份的光子會被放大，但是也有一部份的光子會同時被硅原子所吸收，透過能量轉換，就會變成過剩電子。而這些過剩電子又會轉過頭來吸收更多的光子。當被吸收的光子數量比複製的光子數量更多時，整體上就失去了放大光子的效能。 基於以上發現，他們成功破解了難題並製造出世界上第一台用硅的光放大器。輸出的光訊號比輸入的大了六倍。該研究成果也已在2004年10月份的Applied Physics Letters上發表。他們在實驗中使用了光脈衝(pulse)替代了一般使用的連續光訊號，大大減低了被吸收的光子數量。由於過剩電子數量的遞減，被放大的光子比被吸收的光子更多，因此硅就能夠用來放大光訊號。及後，美國加州大學洛杉機分校(UCLA)也用同樣的原理造出了脈衝性硅激光器。而最近，英特爾的研究人員更使用了另一方法抽取出硅裡面的過剩電子，從而製造出第一台硅連續激光器。 為何用硅製造的激光器有此吸引力呢？舉個例子，雖然現代微處理器(CPU)的時鐘頻率(Clock)一直不斷增加，但電腦的整體速率卻受制於微處理器與存儲器之間的資料傳輸速度。兩者之間的接口一般都是使用銅導線以電子形式進行數據交換，因此也受制於銅線本身的有限傳輸速率。如果將電子訊號轉換成光，資料傳輸速率便能大大提高。並且，由於微處理器和存儲器都是用硅製做的，硅激光器便能夠和其他電子元件相結合，從而設計出光電子芯片。此外，電腦系統和週邊設備如顯示器，DVD機等的數據交換也是以電子形式進行，如果能將該電訊號轉換成光訊號再透過光纖送出，傳輸速度將會快上幾千甚至萬倍。 由於硅是地球上最普遍的物質(可以從沙石中提煉出來)，因此用硅製做光器件的成本就變得非常低。硅激光器的出現，價格低廉的通訊服務在不久的將可望實現。 |
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