रिंग सेमीकंडक्टर लेजर में डार्क सॉलिटॉन देखे गए - फिजिक्स वर्ल्ड

रिंग सेमीकंडक्टर लेजर में डार्क सॉलिटॉन देखे गए - फिजिक्स वर्ल्ड

टाइम स्टैम्प: 31 जनवरी, 2024 सुबह 8:01 बजे
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स्टॉक छवि विभिन्न आवृत्तियों पर प्रकाश दिखा रही है
अंधेरा और प्रकाश: विद्युत-इंजेक्टेड लेजर में डार्क सॉलिटॉन बनाए गए हैं। (सौजन्य: iStock/agsandrew)

डार्क सॉलिटॉन - उज्ज्वल पृष्ठभूमि के खिलाफ ऑप्टिकल विलुप्त होने के क्षेत्र - को रिंग सेमीकंडक्टर लेजर में अनायास बनते देखा गया है। शोधकर्ताओं की एक अंतरराष्ट्रीय टीम द्वारा किए गए अवलोकन से आणविक स्पेक्ट्रोस्कोपी और एकीकृत ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स में सुधार हो सकता है।

फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब्स - स्पंदित लेज़र जो समान दूरी वाली आवृत्तियों के साथ प्रकाश उत्पन्न करते हैं - लेज़र भौतिकी के इतिहास में सबसे महत्वपूर्ण उपलब्धियों में से एक हैं। कभी-कभी ऑप्टिकल शासकों के रूप में जाना जाता है, वे समय और आवृत्ति मानकों का आधार होते हैं और विज्ञान में कई मूलभूत मात्राओं को परिभाषित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। हालाँकि, पारंपरिक फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब लेज़र भारी, जटिल और महंगे हैं और लेज़र विशेषज्ञ सरल संस्करण विकसित करने के इच्छुक हैं जिन्हें चिप्स में एकीकृत किया जा सकता है।

2020 में ऐसा ही एक प्रयास करते हुए, शोधकर्ताओं ने फेडेरिको कैपासोहार्वर्ड विश्वविद्यालय के समूह ने गलती से पाया कि, शुरू में अत्यधिक अशांत शासन में प्रवेश करने के बाद, एक क्वांटम कैस्केड रिंग लेजर एक स्थिर आवृत्ति कंघी में बस गया - यद्यपि केवल नौ दांतों वाला - मध्य-अवरक्त "फिंगरप्रिंट" क्षेत्र में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है आणविक स्पेक्ट्रोस्कोपी.

रिंग लेजर में एक ऑप्टिकल कैविटी होती है जिसमें प्रकाश एक बंद लूप के चारों ओर निर्देशित होता है और क्वांटम कैस्केड लेजर एक अर्धचालक उपकरण है जो अवरक्त विकिरण उत्सर्जित करता है।

अप्रत्याशित परिणाम

हार्वर्ड का कहना है, "वे सभी दिलचस्प नतीजे एक नियंत्रण उपकरण से सामने आए - हमें ऐसा होने की उम्मीद नहीं थी।" मार्को पिकार्डो. महीनों तक माथापच्ची करने के बाद, शोधकर्ताओं ने पता लगाया कि प्रभाव को गैर-रेखीय अंतर समीकरण में अस्थिरता के संदर्भ में समझा जा सकता है जो सिस्टम का वर्णन करता है - जटिल गिन्ज़बर्ग-लैंडौ समीकरण।

नए काम में, कैपासो और सहकर्मियों ने शोधकर्ताओं के साथ मिलकर काम किया बेनेडिक्ट श्वार्ज़वियना प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय में समूह। ऑस्ट्रियाई टीम ने क्वांटम कैस्केड लेज़रों के आधार पर फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब्स के लिए कई डिज़ाइन विकसित किए थे। शोधकर्ताओं ने एक वेवगाइड कपलर को उसी चिप में एकीकृत किया। इससे प्रकाश निकालना बहुत आसान हो जाता है और अधिक आउटपुट पावर प्राप्त होती है। यह वैज्ञानिकों को युग्मन हानियों को ट्यून करने की भी अनुमति देता है, लेजर को उसकी आवृत्ति-कंघी व्यवस्था और उस व्यवस्था के बीच धकेलता है जहां इसे एक सतत-तरंग लेजर के रूप में काम करना चाहिए जो लगातार विकिरण उत्पन्न करता है।

हालाँकि, "निरंतर लहर" शासन में, कुछ और भी अजीब होता है। कभी-कभी जब लेज़र को चालू किया जाता है तो यह केवल एक सतत-तरंग लेज़र की तरह व्यवहार करता है, लेकिन लेज़र को बंद और चालू करने से एक या अधिक डार्क सॉलिटॉन बेतरतीब ढंग से प्रकट हो सकते हैं।

सोलिटॉन विकिरण के गैर-रैखिक, गैर-फैलाने वाले, स्व-सुदृढ़ीकरण तरंग पैकेट हैं जो अंतरिक्ष में अनिश्चित काल तक फैल सकते हैं और प्रभावी रूप से अपरिवर्तित एक दूसरे से गुजर सकते हैं। इन्हें पहली बार 1834 में पानी की लहरों में देखा गया था लेकिन बाद में प्रकाशिकी सहित कई अन्य भौतिक प्रणालियों में भी देखा गया।

छोटे-छोटे अंतरालों में सॉलिटॉन

इस नवीनतम अवलोकन के बारे में आश्चर्यजनक बात यह है कि सॉलिटॉन निरंतर लेजर प्रकाश में छोटे अंतराल के रूप में दिखाई देते हैं। लेज़र उत्सर्जन में यह स्पष्ट रूप से छोटा परिवर्तन इसके आवृत्ति स्पेक्ट्रम में जबरदस्त परिवर्तन करता है।

पिकार्डो बताते हैं, "जब आप एक सतत तरंग लेजर के बारे में बात करते हैं, तो इसका मतलब है कि वर्णक्रमीय डोमेन में आपके पास एक एकल मोनोक्रोमैटिक शिखर है।" "इस गिरावट का मतलब है पूरी दुनिया...ये दो तस्वीरें अनिश्चितता सिद्धांत से संबंधित हैं, इसलिए जब आपके पास अंतरिक्ष या समय में बहुत, बहुत संकीर्ण कुछ होता है, तो इसका मतलब है कि वर्णक्रमीय डोमेन में आपके पास कई, कई मोड हैं, और कई हैं, कई मोड का मतलब है कि आप स्पेक्ट्रोस्कोपी कर सकते हैं और उन अणुओं को देख सकते हैं जो बहुत, बहुत बड़ी वर्णक्रमीय सीमा पर उत्सर्जन करते हैं।

डार्क सॉलिटॉन पहले कभी-कभी देखे गए हैं, लेकिन इस तरह के छोटे, विद्युत-इंजेक्टेड लेजर में कभी नहीं देखा गया है। पिकार्डो का कहना है कि वर्णक्रमीय दृष्टि से कहें तो, एक गहरा सॉलिटॉन एक चमकीले सॉलिटॉन जितना ही उपयोगी है। हालाँकि, पंप-जांच स्पेक्ट्रोस्कोपी जैसे कुछ अनुप्रयोगों के लिए उज्ज्वल दालों की आवश्यकता होती है। अंधेरे सॉलिटॉन से उज्ज्वल सॉलिटॉन का उत्पादन करने के लिए आवश्यक तकनीकें आगे के काम का विषय होंगी। शोधकर्ता यह भी अध्ययन कर रहे हैं कि नियतात्मक रूप से सॉलिटॉन का उत्पादन कैसे किया जाए।

एकीकरण के लिए इस कंघी डिज़ाइन का एक महत्वपूर्ण लाभ यह है कि, चूंकि रिंग वेवगाइड में प्रकाश केवल एक दिशा में फैलता है, शोधकर्ताओं का मानना ​​​​है कि लेजर स्वाभाविक रूप से प्रतिक्रिया के प्रति प्रतिरोधी है जो कई अन्य लेजर को बाधित कर सकता है। इसलिए इसमें चुंबकीय आइसोलेटर्स की आवश्यकता नहीं होगी, जिन्हें व्यावसायिक पैमाने पर सिलिकॉन चिप्स में एकीकृत करना अक्सर असंभव होता है।

एकीकरण को ध्यान में रखते हुए, शोधकर्ता क्वांटम कैस्केड लेजर से परे तकनीक का विस्तार करना चाहते हैं। पिकार्डो कहते हैं, "चिप वास्तव में कॉम्पैक्ट होने के बावजूद, क्वांटम कैस्केड लेजर को संचालित करने के लिए आमतौर पर उच्च वोल्टेज की आवश्यकता होती है, इसलिए वे वास्तव में चिप पर इलेक्ट्रॉनिक्स डालने का एक तरीका नहीं हैं।" "अगर यह अन्य लेज़रों जैसे इंटरबैंड कैस्केड लेज़रों में काम कर सकता है, तो हम पूरी चीज़ को छोटा कर सकते हैं और यह वास्तव में बैटरी से संचालित हो सकता है।"

लेजर भौतिक विज्ञानी पीटर डेल्फ़ियेट ऑरलैंडो में सेंट्रल फ्लोरिडा विश्वविद्यालय का मानना ​​है कि यह कार्य भविष्य के कार्य के लिए आशाजनक है। "फ़्रीक्वेंसी डोमेन में यह डार्क पल्स रंगों का एक बैंक है और, जबकि उनकी वर्णक्रमीय शुद्धता काफी अच्छी है, उनकी सटीक स्थिति अभी तक हासिल नहीं की गई है," वे कहते हैं। “हालांकि, तथ्य यह है कि वे ऐसा कर सकते हैं - एक विद्युत पंप वाले उपकरण के साथ चिप पर सॉलिटॉन बनाना - यह वास्तव में एक अत्यंत महत्वपूर्ण प्रगति है। बिना किसी संशय के।"

में अनुसंधान वर्णित है प्रकृति.

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