เทคนิคง่ายๆ ใช้อุปกรณ์ราคาไม่แพงในการเรนเดอร์สามมิติเครือข่ายของเซ็นเซอร์พิกเซลเดียวสี่ตัวได้ทำในสิ่งที่กล้องดิจิตอล 20 ล้านพิกเซลไม่สามารถทำได้: สร้างภาพสามมิติของวัตถุ การสร้างภาพสามมิติไม่ใช่เรื่องง่าย ตัวอย่างเช่น การถ่ายทำภาพยนตร์ 3 มิติ ต้องใช้กล้องราคาแพงสองตัวและซอฟต์แวร์ที่ซับซ้อนซึ่งรวมภาพ 2 มิติจากกล้องเข้าด้วยกัน
นักฟิสิกส์ Baoqing Sun จากมหาวิทยาลัยกลาสโกว์ในสกอตแลนด์และเพื่อนร่วมงานประสบความสำเร็จด้วยชิ้นส่วนและอุปกรณ์ราคาถูกสองสามชิ้นที่มีอยู่ในห้องเรียนระดับมัธยมศึกษาตอนปลายส่วนใหญ่ พวกเขาใช้โปรเจ็กเตอร์เพื่อส่องสว่างหัวนางแบบด้วยลำดับของรูปแบบแสงที่มีจุดที่กำหนดไว้ล่วงหน้า แสงบางส่วนสะท้อนจากศีรษะและกระทบกับเครื่องตรวจจับพิกเซลเดียวสี่ตัวที่วางไว้รอบๆ โปรเจ็กเตอร์ ซึ่งนับรวมปริมาณแสงที่รวบรวมไว้สำหรับรูปแบบการส่องสว่างแต่ละแบบ
หลังจากรวบรวมการอ่านค่าแสงสำหรับรูปแบบต่างๆ นับพันๆ รูปแบบในช่วงเวลาหลายนาที
ทีมงานของ Sun ก็สามารถสร้างภาพ 2 มิติขาวดำที่สดใสของศีรษะได้สี่ภาพ โดยแต่ละภาพมาจากเครื่องตรวจจับแต่ละเครื่อง ในที่สุด อัลกอริธึมคอมพิวเตอร์อย่างง่ายได้รวมการอ่านจากเครื่องตรวจจับสี่ตัวเข้ากับการสร้างศีรษะ 3 มิติ Sun และทีมของเขารายงานในScience 17 พฤษภาคม
เป้าหมายสูงสุดของนักวิจัยมีมากกว่าการสร้างใหม่ 3 มิติ แม้ว่ากล้องดิจิตอลจะถูกจำกัดให้จับแสงภายในสเปกตรัมที่มองเห็นได้ แต่ตัวตรวจจับแบบพิกเซลเดียวสามารถรับรังสีชนิดอื่นๆ ได้ นั่นอาจทำให้ระบบของซันมีประโยชน์สำหรับการถ่ายภาพเนื้องอกใต้ผิวหนังด้วยรังสีเอกซ์หรือก๊าซธรรมชาติที่สะสมอยู่ใต้ดินด้วยอินฟราเรด
การติดตั้งอย่างชาญฉลาดของโปรเจคเตอร์ในห้องเรียน คอมพิวเตอร์ และเซ็นเซอร์พิกเซลเดียวสี่ตัวช่วยให้นักวิจัยสามารถแสดงภาพสามมิติของหุ่นจำลองได้
เครดิต: Optics Group, University of Glasgow
ในเวลาเดียวกัน George Zweig นักฟิสิกส์อีกคนหนึ่งก็ได้ทำงานเกี่ยวกับแนวคิดที่คล้ายคลึงกัน เขาเรียกอนุภาคของเขาว่า “เอซ” แต่กระดาษของเขาไม่ได้รับการตีพิมพ์ในขณะนั้น และต่อมาเขาก็ออกจากวิชาฟิสิกส์เพื่อเรียนวิชาชีววิทยา Zweig เป็นนักเรียนของ Gell-Mann ที่ Caltech แต่เขาทำงานที่ห้องปฏิบัติการ CERN ในเจนีวาขณะที่ Gell-Mann อยู่ที่ MIT ไม่มีใครรู้ว่าอีกคนกำลังทำอะไร
Gell-Mann เคยเล่าว่าในฤดูใบไม้ร่วงปี 1963 เขาพยายามอธิบายความคิดของเขากับ Vicktor Weisskopf ผู้อำนวยการของ CERN ทางโทรศัพท์ เมื่อเขากล่าวถึงประจุที่เป็นเศษส่วน Weisskopf ตอบว่า “ได้โปรด Murray ให้เราจริงจัง นี่คือการโทรระหว่างประเทศ”
เลเซอร์พลังงานต่ำก้าวกระโดดสู่การใช้งานจริง
อุปกรณ์ที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์ทำงานโดยใช้ไฟฟ้าในที่สุด ทางเลือกที่ใช้พลังงานต่ำแทนเลเซอร์แบบเดิมก็มีให้ใช้งานแล้วในรูปแบบปลั๊กอิน ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญในการพัฒนาทางเลือกที่ใช้งานได้จริงแทนอุปกรณ์ที่ค่อนข้างด้อยประสิทธิภาพที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน ในไม่ช้า เลเซอร์โพลาริตันที่เรียกว่าเหล่านี้จะพบเฉพาะเจาะจงในด้านโทรคมนาคมและการใช้งานทางการแพทย์
“นี่เป็นผลลัพธ์ที่สำคัญจริงๆ” Alexey Kavokin นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กในรัสเซียซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าว “อีกไม่นานก่อนที่เลเซอร์รุ่นใหม่ที่อิงจากฟิสิกส์ใหม่นี้จะออกสู่ตลาด”
เลเซอร์ที่ใช้ในโทรคมนาคม การแพทย์ การผลิต และอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ล้วนทำงานผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการปล่อยก๊าซเรือนกระจก การระเบิดของแสงหรือไฟฟ้าจะฉีดพลังงานเข้าไปในทะเลของอะตอม ทำให้อิเล็กตรอนของอะตอมกระโดดขึ้นเป็นพลังงานในขณะที่พวกมันหมุนวนไปรอบๆ นิวเคลียส เมื่ออิเล็กตรอนเหล่านี้ลดระดับพลังงานกลับลงมา พวกมันจะปล่อยโฟตอน โฟตอนเหล่านั้นมีปฏิสัมพันธ์และกระตุ้นอะตอมอื่นๆ ทำให้ปล่อยโฟตอนออกมามากขึ้น โฟตอนทั้งหมดนี้มีพลังงานและทิศทางเดียวกัน ซึ่งสร้างลำแสงเลเซอร์ขาวดำที่สวยงามและสะอาด
ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2539 นักฟิสิกส์บางคนได้ศึกษาเทคนิคการเลเซอร์แบบต่างๆ ที่ใช้สารกึ่งตัวนำ เช่น แกลเลียม อาร์เซไนด์ ซึ่งมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบพิเศษ เมื่ออิเล็กตรอนภายในเซมิคอนดักเตอร์กระโดดไปยังระดับพลังงานที่สูงขึ้น พวกมันจะทิ้งรูที่มีประจุบวกไว้ รูและอิเล็กตรอนที่มีประจุไฟฟ้าลบจะดึงดูดกันและกัน ทำให้เกิดหน่วยคล้ายอนุภาคที่เรียกว่า excitons จากนั้น Excitons จะโต้ตอบกับโฟตอนเพื่อสร้างลูกผสมของแสงและสสารที่เรียกว่าโพลาริตัน ซึ่งจะสลายตัวและปล่อยโฟตอนด้วยพลังงานและทิศทางเดียวกัน ซึ่งเป็นสูตรสำหรับแสงเลเซอร์
ข้อได้เปรียบที่สำคัญของเลเซอร์โพลาริตันคือต้องการพลังงานน้อยกว่าเลเซอร์ทั่วไปมาก เพื่อเพิ่มอิเล็กตรอนให้อยู่ในระดับพลังงานที่สูงขึ้น และเริ่มกระบวนการเลเซอร์กลิ้ง
น่าเสียดายที่เลเซอร์โพลาริตันก่อนหน้านี้ต้องการให้นักวิจัยส่องแสงบนเซมิคอนดักเตอร์เพื่อฉีดพลังงานและสร้างคู่อิเล็กตรอนรู นักฟิสิกส์ Sven Höfling จากมหาวิทยาลัย Würzburg ประเทศเยอรมนีกล่าวว่า เลเซอร์ที่ต้องใช้เลเซอร์อีกตัวหนึ่งจึงทำงานนั้นค่อนข้างจะไร้ประโยชน์ ดังนั้นเขาและทีมของเขาจึงได้พัฒนาเลเซอร์โพลาริตันที่ทำงานด้วยไฟฟ้า
