اپتیک

تپش‌های تناوبی و آشوبناک در لیزرها

در اوایل 1960 هنگامی که اولین لیزرهای حالت جامد واقعیت یافتند، مد کاری آن‌ها در برگیرنده‌ی گسیل تپ‌های بسیار بی‌نظم بود (کنش میخی ). طی 25 سال اخیر چشمه‌های بسیار پایدار نور جزو ابزار متداول آزمایشگاهی شده اند. بنابراین، گواه قاطعی وجود دارد که تحت بعضی شرایط عمل لیزر پایدار حتی از نظر اصولی غیر ممکن است؛ در واقع لیزرهایی وجود دارند که خود به خود از مد عمل موج پیوسته (cw) خارج می‌شوند و به تولید تپش‌های خروجی منظم یا نامنظم روی می‌آورند. انگیزه‌ی علایق جاری در خصوص ناپایداری‌های لیزری حداقل دو جنبه دارد؛ از دیدگاه عملی، دانستن جزئیات شرایطی که برای تپش‌های نامیرا مطلوب باشد در جهت توسعه‌ی سیستم‌های جدید لیزری یا ساختن وسایل فعلی در مقیاس بزرگ، یک پیش‌نیاز مهم است. از یک دیدگاه اساسیتر، ناپایداری‌های لیزری نتیجه‌ی طبیعی دینامیک غیر خطیی است که در سایر زمینه‌های مختلف علوم و تکنولوژی حکمفرماست. نشان زنده بودن این زمینه‌ی پژوهشی شماره‌ی ویژه‌ی مجله‌ی انجمن اپتیک امریکاست که به ناپایداری‌های لیزری اختصاص داده شده و در آن متجاوز از 30 مقاله‌ی بکر و مقاله‌های مروری توسط گروه‌های متخصصان بین‌المللی گردآوری شده است. علاوه بر این کنفرانسی راجع به این موضوع در دانشگاه راچستر با همکاری انستیتوی اپتیک، برنامه‌ی پژوهشی ناتو، و انجمن اپتیک امریکا، برپا شده است. گروهی از دانشمندان رفتار تپی و عمل دو رنگی را در لیزرهای رزینه‌ای چند مدی مشاهده کرده‌اند و بسیاری از نشانه‌های سرشتی ناپایداریی را که حتی از 15 سال قبل به طور نظری پیش‌بینی شده بود مشخص کرده‌اند. گواه جدیدی از مطالعات عددی مدل‌های لیزری نشان می‌دهد که جواب‌های آشوبناک یا تپشی همراه با جواب‌های پایدار وجود دارند. بدین ترتیب، ظهور تجربی جواب‌های پایدار یا ناپایدار نه تنها ممکن است به شرایط اولیه بستگی داشته باشد بلکه به فرایند شروع و تاریخچه‌ی سیستم نیز بستگی خواهد داشت. نمونه‌ی جدیدی از ناپایداری لیزری، که یه گذار از رفتار تک مدی به چند مدی منجر می‌شود، پیش‌بینی شده است و شاید هم در آزمایش‌های لیزر CO2 تشخیص داده شده باشد. این نوع جدید از ناپایداری لیزری، مورد بالقوه مهمی است چون آستانه‌ی پایین‌اش آن را برای آزمایش‌ها دسترس‌پذیر می‌کند و همچنین مشخصه‌هایش محیط ایده‌آلی را برای ایجاد مدولاسیون کنترل شده‌ی خروجی فراهم می‌آورد. سی او ویس و همکارانش در برانشویگ آلمان غربی به شرایط کاملاً مشکل تجربی مورد لزوم در ناپایداری‌های تک مدی (که به نام ناپایداری لورنتس – هاکن معروف است) در لیزرهای پهن شده‌ی همگن دسترسی یافته‌اند، و گواهی برای تپش‌های تناوبی و آشوبناک در خروجی لیزر فروسرخ دور دمیده با لیزر Co2 پیدا کرده‌اند. با وجودی که در مطالعه‌ی ناپایداری‌های هیدرودینامیکی همرفت مدل لورنتس توسعه یافت و از آن زمان تا به‌حال به صورت نمونه‌ای نظری به طور وسیعی به کار برده می‌شود ، کار لیزری ویس اولین مشاهده‌ی تجربی چنین رفتاری در محیط فعال لیزری است. در واقع مطالعات ویس، به موازات بررسی‌های نظری اخیر، شگفتی بزرگی آفریده است: ناپایداری تک مدی که عموماً انتظار می‌رفت در ارتباط با رباینده‌ی آشوبناک جلوه‌گر شود در واقع می‌تواند گستره‌ی وسیعی از نوسان‌های تناوبی منظم نیز از خود بروز بدهد. رفتار بی‌قاعده، مدت‌ها مشخصه‌ی عمومی پدیده‌ شناسی تجربی لیزری بوده است. اکنون شواهد روزافزونی وجود دارد که در واقع موارد بی‌شمار رفتار نامنظم تجلی آشوب دترمینیستی است. تکنیک‌های جدید و پر قدرتی به وجود آمده است که آشوب دینامیکی و نوفه‌ی معمولی را از یکدیگر متمایز می‌سازد. کارهای تجربی جدید از رباینده‌ی غریبی که اساس گسیل لیزری آشوبناک را تشکیل می‌دهد، به ابعاد فرکتالی رسیده است. آزمایش‌های دقیقاً کنترل شده‌ای با لیزرهایی که خارج مدوله و تحریک می‌شوند طراحی شده‌اند. این آزمایش‌ها بازآوایی‌های هماهنگ و زیر هماهنگ، رفتار پس‌ماند، و انبوهی از ساختارهای زیر را نشان داده‌اند. این سیستم‌ها وقتی که شدیداً تحریک شوند تمامی گواه روشن رفتار آشوبناک با حوضچه‌های ربایش همزیست چندگانه را نشان می‌دهند.

کوتاهترین تپ‌های اپتیکی ایجاد شده توسط افشرش تپ

با توسعه‌ی لیزر مد – بندیده اکنون حد نهایی تفکیک زمانی برای اندازه‌گیری‌های پدیده‌های فیزیکی به وسیله‌ی پهناهای تپ لیزری تعیین می‌شود. بنابراین، با کوتاهتر و کوتاهتر شدن تپ‌های لیزری، ایجاد و مشاهده‌ی پدیده‌های هرچه سریعتر امکان‌پذیر شده‌اند. با وجودی که پهنای تپ‌های قابل حصول چندین مرتبه‌ی بزرگی کاهش یافته‌اند، ولی هنوز هم، در مقایسه با بسیاری فرایندهای مهم فیزیکی، زیادند. نتیجتاً هرگونه پیشرفت در تکنولوژی لیزر با تپ کوتاه، به فوریت، تفکیک زمانی اندازه‌گیری‌های بنیادی را بهبود می‌بخشد. کوشش‌های امروز در ایجاد تپ‌های هرچه کوتاهتر در دو امتداد پیش می‌رود. یکی در جهت تولید مستقیم تپ‌های مد بندیده کوتاهتر از چشمه‌ی لیزر است. دیگری در جهت افشرش تپ‌های خروجی از لیزرهای موجود است. توسعه‌ی چشمه‌ی لیزری منجر شده است به توسعه‌ی لیزر رزینه‌ی حلقه‌ای با تپ برخوردی، و مد – بندیده‌ی انفعالی، (لیزر CPM) که قادر به ایجاد تپ‌های 55 فمتو ثانیه‌ای (یک فمتوثانیه برابر است با 〖10〗^(-15) ثانیه) در آهنگ تکرار 100 مگاهرتز است. جدیدترین آن لیزر جبران شده، یا میزان شده‌ی CPM است که تپ‌های 27 فمتوثانیه‌ای را نیز در 100 مگاهرتز ایجاد می‌کند. افشرش تپ اپتیکی به تپ‌های حتی کوتاهتری منجر شده است. طرح‌های افشرش تپ اپتیکی بر اساس اندیشه‌ای بنا شده است که نخست برای رادار جیرجیری – که در آن یک تپ روفته بسامد به خط تأخیر پاشنده‌ای فرستاده می‌شود – به کار گرفته شده بود. به عبارت ساده، سرعت گروه نور را بسامد لحظه‌ای‌اش تعیین می‌کند به نحوی که مؤلفه‌های مختلف بسامد تپ با سرعت‌های مختلف در خط تأخیر حرکت می‌کنند. طول خط به نحوی تنظیم می‌شود که لبه‌ی جلویی تپ درست به مقداری تأخیر یابد که در خروج از خط تأخیر بر روی لبه‌ی عقبی بیفتد. تحت شرایط بهینه، پهنای تپ خروجی از معکوس پهنای نوار روبش بسامد به دست می‌آید. استفاده از این طرح روشی را برای ایجاد تپ اپتیکی روفته بسامد خطی (جیر جیری) و همچنین خط تأخیر اپتیکی با پاشندگی کافی را برای افشرش تپ روفته – بسامد لازم می‌آورد. برای تپ‌های اپتیکی با پهناهای تپ پیکوثانیه‌ای و کمتر، با استفاده از تکنیک های الکترو اپتیکی کاملاً مشکل است که بتوان مقدار روبش بسامد مورد لزوم را به دست آورد. ولی، با انتشار یک تپ کوتاه شدید به داخل یک رشته الیاف تک‌ مدی اپتیکی، بسامد روبیده می‌شود و پهنای نوار بسامد پهن می‌شود. ترکیب برهم کنش‌های غیر خطی و همچنین خطی میان تپ نوری و الیاف اپتیکی منجر به ایجاد تپی می‌شود که تقریباً برای افشرش بعدی به وسیله‌ی خط تأخیر پاشنده ایده‌آل است. این وضعیت ویژگی اصلی فشرنده‌ی تپ الیافی اپتیکی است که هم اکنون در بسیاری از آزمایش‌گاه‌ها و با بسیاری از سیستم‌های مختلف لیزری به منظور افشرش تپ‌ها تا چندین مرتبه‌ی بزرگی به کار برده می‌شود. اخیراً، نمونه‌ی تجارتی فشرنده نیز در دسترس قرار گرفته است. از سال 1982، کوتاهترین تپ‌ها از طریق افشرش تپ‌های لیزر CPM توسط فشرنده ی تپ الیاف اپتیکی حاصل شده است. اولین کاربرد این ترکیب پرقدرت توسط شانک و همکارانش انجام شد. آن‌ها تپ‌های لیزر CPM تقویت شده‌ی 90 فمتو ثانیه را به 30 فمتو ثانیه در آهنگ تکرار 10 هرتز افشردند. دو سال بعد، فوجی موتو و همکارانش تپ‌های لیزر CPM تقویت شده‌ی 60 فمتو ثانیه‌ای را در همان آهنگ تکرار 10 هرتز به 16 فمتو ثانیه افشردند. سپس ما تپ‌های لیزر CPM تقویت شده‌ی 110 فمتو ثانیه را در آهنگ تکرار 800 هرتز به 12 فمتو ثانیه افشردیم. اخیراً ناکس و همکاران تپ‌های لیزر CPM تقویت شده‌ی جبران شده ی 40 فمتو ثانیه را به 8 فمتو ثانیه، یا تنها چهار دور اپتیکی، در آهنگ تکرار 5 کیلوهرتز افشرده‌اند. عدم قابلیت تنظیم لیزر CPM استفاده از تپ‌های افشرده شده‌ی فوق را برای مطالعه‌ی فرایندهای بازآوایی وابسته به زمان در سیستم‌های اتمی، مولکولی، و مواد چگال، محدود می سازد. برای فائق آمدن به این مشکل ایجاد تپ‌های فوق کوتاه قابل تنظیم در بسامد، آخرین تلاش‌هایمان را به افشردن بیشتر تپ‌های مد بندیده‌ی قابل تنظیم در بسامد لیزر رزینه‌ای اختصاص داده‌ایم. اخیراً با استفاده از افشرش تپ دومرحله‌ای، که در آن تپ‌های خروجی از اولین مرحله‌ی قبل از ورود به فشرنده‌ی تپ الیاف اپتیکی تقویت می‌شوند، در آهنگ تکرار 200 هرتز، تپ‌های 16 فمتو ثانیه به دست آورده ایم. قله‌های توان این تپ‌ها 80 کیلو ولت بود و می‌شد آن‌ها را در ناحیه‌ی طول موج لیزر رزینه ای تنظیم کرد. این روش می‌تواند در لیزرهای مد بندیده در هر طول موج به کار برده شود.

لیزرهای پس خوراند توزیع شده‌ی VPT با جیر جیر پایین

در سیستم‌های انتقال توسط الیاف نوری با استفاده از لیزرهای نیمرسانا، در مدت مدولاسیون تپ حتی در لیزرهای نیمرسانای تک مد طولی، انتقال‌های کوچک بسامد رخ می‌دهد. این انتقال دینامیکی بسامد که جیرجیر (در شباهت با رادار) نامیده می‌شود، می‌تواند به مسائل پاشندگی فاجعه‌آمیزی در کاربردهایی با آهنگ بیت خیلی بالا منجر شود. با استفاده از فرایند ساخت جدید ترابرد فاز بخار (VPT) برای رشد بلور با اشکال هندسی غیر معمول، لیزرهای نیمرسانایی در طول موج 55/1 میکرومتر با پس خوراند توزیع شده‌ای تهیه شده‌اند که حتی تحت مدولاسیون مستقیم 4 گیگا بیت بر ثانیه (109*4 بیت بر ثانیه) پایداری بسیار در بسامدهای لیزری را به نمایش گذاشته‌اند. در لیزری با پس‌خوراند توزیع شده، توری پراشی که در واقع در داخل بلور در طول کاواک لیزری مدفون شده است جایگزین آینه‌ی باز آواگر لیزر نیمرسانای معمولی می‌شود. در چنین ساختاری نظر به اینکه توری، مکانیسم بازتاب انتخابی طول موج را فراهم می‌سازد پرتوی نورانی به طور پیوسته روی خودش بر می‌گردد. بدین ترتیب به آینه احتیاجی نیست و در طرحی که توریی با فاز مناسب دارد تنها یک بسامد تشدید می‌شود. در حالی‌که برای مدولاسیون مستقیم در انتقال به‌وسیله‌ی الیاف نوری پاشنده، وجود بازآواگر تک بسامدی ضروری است، ولی این نیز کافی نیست. تغییراتی کوچک در ضریب شکست که هنگام مدولاسیون صورت می‌گیرد مداوماً بازآواگر را با جزئی اختلاف در بسامد، از تنظیم خارج می‌کند و بدین ترتیب به جیرجیر منجر می‌شود. کارهای نظری و اندازه‌گیری‌های طیفی تفکیک شده‌ی زمانی نشان داده‌اند که زیان آورترین انتقال های بسامد در اثنای آغاز گذاراهای تپ اپتیکی رقمی رخ می‌دهد؛ هنگامی که نور حلقه‌ می‌زند یا نوسان می‌کند قبل از آنکه به مقدار مطلوب فرو نشیند. با آنکه این انتقال های طول موج ممکن است کمتر از یک آنگستروم باشند، اما در آهنگ‌های بیت نسبتاض بالا می‌توانند مسئله‌ساز باشند. پاشندگی موجب می شود که مؤلفه های مختلف بسامد تپ اپتیکی در الیاف با سرعت‌های مختلفی حرکت کنند، و قسمت‌هایی از یک تپ روی شکاف زمانی مجاور قرار گیرند. مطالعات نظری و تجربی توأماً نشان می‌دهند که این – اثر چنانچه نور در داخل لیزر شدت بسیار بالایی داشته باشد – به واسطه‌ی میرایی غیر خطی در محیط بهره‌ی لیزری حداقل می‌شود. به علت امکانات فوق‌العاده در فرایند ساخت VPT، تهیه‌ی کاواک‌هایی که توان اپتیکی را در ابعاد کوچک محدود می‌سازد آسان می‌شود، و به این ترتیب شدت اپتیکی افزایش می‌یابد. تحت شرایط مناسب، رشد بلور با فاز بخار حتی در عمق شیارهای نازک حک شده در طول کناره‌های لیزر که موجبر اپتیکی باریکی را به وجود می‌آورد، صورت خواهد گرفت. نتیجه‌ی کار لیزری است که حلقه‌زنی و جیرجیر بسامدی را – که هنگام گذارهای تپی رخ می‌دهد – موقوف می‌سازد. جیرجیر کم مسائل پاشندگی را به طور وسیعی مرتفع می سازد و تا کنون به لیزر با پس‌خوراند توزیع شده‌ی VPT امکان داده‌است که برای لیزرهای مدوله شده‌ی مستقیم در نتایج انتقال توسط الیاف اپتیکی دو رکورد بر جای بگذارد. تازه‌ترین آن انتقال بدون خطای داده‌های G4 bit/Pec ای در مسافت 103 کیلومتر الیاف اپتیکی بدون تکرار کننده‌هاست. این کار به فهم عمیقتر مسائل پاشندگی در سیستم‌های با آهنگ بیت خیلی بالا منجر شده است. و نیز ممکن است روی سیستم‌های آشکارسازی همدوسی آتی تأثیر بگذارد. در این سیستم‌ها اطلاعات روی خود انتقال‌های کوچک بسامد کد‌گذاری می‌شود و نه به صورت تپ‌های در توان اپتیکی.

شکل‌دهی تپ‌های اپتیکی فوق سریع

برای ایجاد تپ‌های اپتیکی خیلی سریع با شکل دلخواه تکنیک جدیدی ابداع شده است. چنین دستاوردی می‌تواند اثر مهمی در زمینه‌های گوناگونی چون مخابرات رقمی اپتیکی و گداخت لیزری داشته باشد. شکل دادن تپ ابتدا با فرستادن یک تپ اپتیکی (به طول تنها چند پیکو ثانیه) به داخل یک الیاف اپتیکی کوتاه، به منظور آنکه رنگ ( طول موج و بسامد اپتیکی ) تپ در مدت تپ تغییر کند، حاصل می‌شود. این تپ بسامد جیرجیر شده سپس از دستگاه تأخیر زمانی اپتیکی با طراحی مخصوص عبور می‌کند که در آن دامنه و تأخیر هماهنگ در تپ به صورت جداگانه کنترل می‌شود. وقتی نور خارج می شود، یک تپ اپتیکی با شکل مورد نظر حاصل می‌شود. اگر بخواهید یک تپ الکتریکی با شکل مخصوص ایجاد کنید، می‌توانید یک مولد تپ که شکل تپ مورد دلخواه را ایجاد کند خریداری کنید. این امر برای تپ‌های اپتیکی میسر نیست. پیشرفت‌های اخیر در تکنولوژی لیزر با سرعت بالا امکان دستیابی به تپ‌های اپتیکی را ممکن ساخته است که مدت استمرارشان به کوتاهی 8 فمتوثانیه است. برای مطالعات فرایندهای فیزیکی در آزمایش‌هایی که اساساً تصاویر توقف – عمل را به‌دست می‌دهند چنین تپ‌های کوتاهی فرصت‌های بسیاری را عرضه می‌دارند. تاکنون شکل دقیق تپ‌ها قابل کنترل نبوده است. با تکنیک‌های جدیدی که توسط متخصصان در مرکز تحقیقات مخابرات بل ابداع شده است، کنترل شکل تپ حتی در این مقیاس واقعاً کوتاه زمانی میسر سده است. کاربردهای بالقوه‌ی تپ های با شکل ویژه بسیار وسیع است. در آزمایش های اولیه این تکنیک برای تمیز کردن تپ پیکوثانیه‌ای به کار رفت. چنین تپ‌هایی گرفتار زمینه ای با شدت کم ولیکن پهنای بسیار وسیع زمانی هستند. ممکن است به مقدار 50 درصد از توان و شاید هم بیش از آن در این زمینه وجود داشته باشد. در واقع شاید بهتر باشد تپ‌ها را به صورت یک تپ طولانی اپتیکی همراه با خاصیت پیکوثانیه ای روی تپ توصیف کرد. دانشمندان مرکز بل موفق شده‌اند که با استفاده از تکنیکشان این زمینه را به طور کامل حذف کنند. در آزمایش‌های بعدی این دانشمندان موفق شدند که تشکیل دنباله های تپی را نشان دهند و اخیراً نشان داده شده است که می توان تپ اپتیکی مربعی ایجاد کرد. از چنین تپ‌های اپتیکی در آزمایش های طراحی شده برای مشاهده و کنترل خواص موادی که در ابزارهای مخابرات دور اهمیت دارند استفاده‌های مهمی می‌شود. این تکنیک جدید نیز ممکن است طراحی تپ‌های مخصوص اپتیکی یا دنباله های کدگذاری شده‌ی اپتیکی را امکان‌پذیر سازد که بتواند سیستم‌های مخابرات توسط الیاف نوری را بهبود بخشد. سیستم‌های گداخت هسته‌ای نیز از توانایی ایجاد تپ اپتیکی شکل‌یافته بهره‌مند خواهند شد. توانایی در ایجاد دنباله‌های تپی با کد مخصوص در این مقیاس زمانی می‌تواند در بهبود عملکرد سیستم‌های رادار اپتیکی حائز اهمیت باشد. مطالعات برای جستجوی موارد جدیدی که با در دسترس قرار گرفتن تپ‌های شکل‌یافته آغاز شده است جریان دارد.

سوزکنی طیفی با دریچه‌ی فوتون

سوزکنی طیفی مبرم (PHB) پدیده‌ی رنگ‌بری بسامد گزینی است که بعد جدیدی را برای ذخیره‌ی اطلاعات اپتیکی فراهم آورده است. در شکل کاملاً عمومی PHB، در خط درآشامی جامدات با پهن‌شدگی ناهمگن در دمای پایین هنگامی که جذب نور موجب تغییری در مرکز جذب شود، فرورفتگی‌های باریکی (گودال‌هایی) تشکیل می‌شوند (سوزکند می‌شوند). در دماهای پایین سوزکندها می‌توانند برای سال‌ها پایدار بمانند؛ ولی همچنین ممکن است با تابش در طول موج‌های مناسبی سوزکندها از بین بروند. بسامدها یا طول موج‌های سوزکنی به عنوان بعد اضافی برای ذخیره‌ی اطلاعات رقمی به کار می‌روند. چون نسبت‌های پهنای نوار ناهمگن به پهنای چاله در گستره‌ی 103 تا 104 است، متجاوز از 1000 بیت اطلاعات می‌تواند در یک حجم کانونی لیزر گرد آورده شده، منجر به چگالی‌های سطحی به بزرگی 1011 بر سانتی‌متر مربع شود. لازمه‌ی تحقق بخشیدن به این اندیشه، کشف و درک موادی با خواص ویژه‌ی PHB است. مکانیسم‌هایی که به PHB منجر می‌شوند می‌توانند فوتوشیمایی یا فوتوفیزیکی باشند، و اثر برای یون‌ها، مولکول‌ها، و مراکز رنگی در میزبان‌های کریستالی و اریخت مشاهده شده است. برای هر ماده، می توان تکنیک طیف نمودی لیزری جامدات برای اندازه‌گیری پهنای سوزکندها، زمان های واهلشی، بازده‌ی‌های کوانتومی، و سایر خواص میکروسکوپیک سیستم فیزیکی را به کار گرفت. اساساً کلیه‌ی مکانیسم‌هایی که تا به امروز مطالعه شده‌اند مکانیسم‌های تک فوتونی بوده‌اند، یعنی، تغییر القائیده‌ی فوتونی برای یک مرکز مورد نظر که منجر به سوزکنی می‌شود (نوشتن) بعد از جذب یک فوتون با احتمال ثابتی رخ می‌دهد. چنین فرایندهای تک فوتونی این نقطه‌ی ضعیف را دارد که عمل آشکارسازی سوزکندها (خواندن) نیز ایجاد تغییرات در خط درآشامی می‌کند. مطالعات مدل‌سازی اخیر فرایند تعمیم یافته‌ی تک فوتونی نشان داده است که هزاران یا ده‌ها هزار بار خواندن می‌تواند از مکانیسم تک‌فوتونی عاید شود. این محدودیت‌ها برای مکانیسم‌های سوزکنی با دریچه‌ی فوتونی وجود ندارد، یعنی، برای مکانیسم‌هایی که در آن‌ها سوزکنی تنها در حضور یک چشمه‌ی نوری دریچه‌ای اضافی رخ می‌دهد، زیرا برای این مکانیسم‌ها، خواندن در فقدان نور دریچه ای صورت می گیرد و لذا غیر مخرب است. اخیراً سوزکنی با دریچه‌ی فوتونی دورنگی برای اولین بار در یک ماده‌ی غیرآلی (BaClF:Sm2+) و بعداً در یک ماده‌ی آلی، کربازول در شیشه ی اسیدبوریک مشاهده شده است. این مشاهدات نشان می‌دهند که خواندن غیر تخریبی چاله‌های طیفی امکان پذیر است. در ماده‌ی غیرآلی یونش فوتونی Sm2+ صورت می‌گیرد، و ضریب تقویت دریچه‌ای 104 مشاهده شده است. خصوصیت تازه و قابل توجه این ماده آن است که سوزکند‌ها می‌توانند بعد از برگشت دما به 300 کلوین مجدداً بازیافته شوند.
در مواد آلی شامل مولکول‌های کربازول در شیشه‌ی اسید بوریک اولین فوتون پایین‌ترین گذار تک‌لایه – تک لایه کربازول را در طول موج 335 نانومتر برمی‌انگیزد. ضریب‌های تقویت دریچه‌ای بیش از 500 برای این ماده مشاهده شده است. طیف محصول فوتون مشابه طیف یون مثبت کربازول است و حاکی از آن است که مکانیسم PHB دریچه‌ای نیز یونش فوتونی دومرحله‌ای است. به طور خلاصه،PHB با فوتون دریچه‌ای در دو گروه از مواد نشان داده شده است و مؤید آن است که دریچه‌سازی ممکن است پدیده‌ای گسترده باشد. این نتیجه رده‌ی اساساً جدیدی از مکانیسم‌ها را برای PHB با خاصیت مطلوب خواندن غیر تخریبی ایجاد خواهد کرد.

ردیف دریچه‌های اپتیکی GaAs پیکوثانیه‌ای

کاربرد نور در پردازش سیگنال، مخابرات و عددشکنی در سال‌های اخیر مورد توجه خاص قرار گرفته است. امکان استفاده از حالت موازی بودن نور و قابلیت زیاد اتصالاتی‌اش بسیار هیجان‌انگیز است. کلیدهای اپتیکی دو پایداری غیرخطی و دریچه‌ها، اجرای عملیات منطق مورد نیاز در مخابرات با سرعت بالا را نوید می‌دهد. ولی قبل از آنکه ابزارهای اپتیکی دو پایداری بتوانند در یک کامپیوتر یا پردازنده‌ی سیگنالی یکپارچه شوند، لازم است زمان کلیدزنی تقلیل یابد و مجموعه‌ی وسیعی از ابزارها ارائه شود. در سال گذشته راجع به این دو زمینه پیشرفت‌هایی گزارش شده است. عملیات منطق اپتیکی گوناگونی نظیر AND، OR، NANDو NOR در نسجه‌ی فابری پر وی GaAs غیر خطی در دمای اتاق مشترکاً توسط دانشگاه آریزونا و آزمایشگاه‌های بل اجرا شده است. در دریچه‌های اپتیکی، تراگسیل باریکه‌ی کاوش با شدت پایین (خروجی دریچه) با به کار بردن یک یا دو باریکه‌ی کنترل (ورودی‌ها به دریچه) تغییر داده شود. دریچه‌ی اپتیکی یا کلید دوپایداری محیطی است غیرخطی که میان دو آینه‌ی نیمه‌باز تابنده قرار داده شده است و یک نسجه‌ی غیر خطی فابری پرورا تشکیل می‌دهد. برای ابزارهای GaAs، خاصیت غیر خطی از طریق اشباع بازآوایی اکسیتون در دمای اتاق توسط باریکه‌های کنترل حاصل می‌شود که به آن وسیله ضریب شکست محیط را در طول موج کاوش تغییر می‌دهد. زمان پاسخ یک پیکو ثانیه‌ای (〖10〗^(-12) ثانیه) دریچه‌ی اپتیکی NOR، با GaAs توسط پژوهشگران دانشگاه آریزونا، دانشکده‌ی پلی‌تکنیک و دانش‌سرای عالی پاریس گزارش شده است. برای آنکه نشان داده شود که حالت تراگسیل از دریچه‌ی NOR از HIGH به LOW، مربوط به زمان آغاز ابزار دوپایداری، حدود پیکوثانیه است، تپ‌های کوتاهی با مدت 100 فمتو ثانیه (〖10〗^(-13) ثانیه) به کار گرفته شده است. بنابراین تصمیم گیری منطق در مدت حدود یک پیکوثانیه امکان‌پذیر است، ولی آهنگ تکرار عملیات دریچه‌ای بستگی به زمان باز ترکیب حامل دارد که معمولاً چند ده نانو ثانیه است. این زمان واهلش اخیراً با بمباران پروتونی مواد و نیز با تقویت باز ترکیب سطحی از طریق حذف پنجره‌ی بالایی در کریستال رشد داده شده به وسیله‌ی برآرستی باریکه‌ی مولکولی (در انستیتوی تکنولوژی کالیفرنیا) به کمتر از 200 پیکوثانیه تقلیل داده شده است. گروه‌هایی از دانشگاه آریزونا، انستیتوی تکنولوژی کالیفرنیا، و مرکز تحقیقات مخابراتی بل‌زمان بازیافتی کمتر از 200 پیکوثانیه را برای دریچه‌های GaAs گزارش کرده‌اند. زمان آغاز یک پیکو ثانیه‌ای و زمان بازیافت 200 پیکو ثانیه‌ای، کمترین زمانی است که برای چنین ابزارهای اپتیکی انرژی پایینی غیر خطی گزارش شده است. ساخت آرایه‌ی بزرگی از ابزارهای اپتیکی GaAs نیز توسط همین گروه‌ها گزارش شده است. این آرایه شامل متجاوز از 100*100 عنصر است، هر عنصر دارای اندازه‌ای برابر با 9*9 میکرومتر مربع است. پیکسل‌ها با استفاده از ترکیب گازی فوتون، هلیوم، و اکسیژن به منظور حک کردن کریستال GaAs که روی پنجره‌ی AlGaAs رشد داده شده است، تعریف شده‌اند. آرایه سپس بین دو بازتابنده‌ی 94 درصدی قرار داده شد که تشکیل نسجه‌های دوبعدی غیرخطی را داده است. عمل دریچه‌ای روی پیکسل منفرد از آرایه‌ی مورد آزمایش قرار گرفت، و زمان بازیافت سریعی به دست آمد. کار موازی این آرایه کوچک 100*100 در آهنگ‌های گزارش شده‌ی حدود 10 گیگاهرتز باید به آهنگ های پردازش 1014 بر ثانیه منجر شود. ساخت آرایه های بزرگتر 1000*1000 نسبتاً آسان است و لذا آهنگ‌های بالاتر امکان‌پذیر است. هم‌اکنون نحوه‌ی مقابله با مسائل حرارتی، آبشاری، و ساخت موازی تحت بررسی است.