為什么元件的效率能超過100％？

因此當(dāng)我最近看到某篇媒體報導(dǎo)的標(biāo)題是“8,000%效率的 LED 實現(xiàn)超低功率資料傳輸”時，簡直是嚇得目瞪口呆;比100%高一點(diǎn)也就算了，但8,000%實在是吹牛到離譜。我本來猜想那有可能是筆誤，本來大概是寫80%，只是編輯手抖了一下多按了兩個0…但事實證明，標(biāo)題沒有寫錯。

效率的改善取決于你如何以及在何處量測輸入與輸出功率，再加上LED本身與量子機(jī)構(gòu)的微妙之處;上述報導(dǎo)的開頭是這樣寫的：“特定的LED在加熱且以非常低功率運(yùn)作時，會展現(xiàn)超過100%的電-光功率轉(zhuǎn)換效率;這種效應(yīng)來自于LED抽汲的熱電…其設(shè)定為以3 x 10-3的位元錯誤率，每秒傳輸3kbit，每位元能源耗量僅40 fJ。”

簡單來說，該LED會預(yù)先汲取熱能，然后該能量會透過光學(xué)資料位元進(jìn)行分配，同時LED本身不需要消耗額外的相應(yīng)功率──這種效應(yīng)有很多名稱，例如電致發(fā)光(electro-luminescent)、EL致冷、電致發(fā)光致冷(electroluminescent refrigeration)、熱光子致冷(thermophotonic cooling)以及光熱致冷(optothermionic refrigeration)。

對于其運(yùn)作原理我了解不多，包括一種高度特制化的銻砷化銦鎵/銻化鎵(GaInAsSb/GaSb)雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)LED;根據(jù)報導(dǎo)，這種結(jié)構(gòu)在LED光電轉(zhuǎn)換效率8000 ±1700%下，能偵測7.66 ±1.6 pW的光功率。我理解這意味著該效率參數(shù)會有高于20%一點(diǎn)點(diǎn)的容限，其好壞見仁見智。

功率量測──特別是與超低功率光學(xué)元件而非電子元件相關(guān)的──非常不容易實作且其一致性是非常善變的;在那些低功率元件的每個光子沒有太多凈空高度或距離。而對于這種元件我總是有幾個很嚴(yán)肅合理的問題：你如何能自信地量測這么低的能量與功率?

你怎么知道你量測的是你實際上要量測到的、而不是因為一廂情愿而無意之間被扭曲的人造數(shù)字?而你又是怎么驗證校準(zhǔn)你的量測儀器之可信度?如果你曾經(jīng)從事超級敏感的電氣或光學(xué)功率量測，你用什么步驟來根據(jù)溫度變化等因素設(shè)定并補(bǔ)償你的量測儀器?