हवा में ध्वनि तरंगें तीव्र लेजर स्पंदों को विक्षेपित करती हैं - भौतिकी विश्व

हवा में ध्वनि तरंगें तीव्र लेजर स्पंदों को विक्षेपित करती हैं - भौतिकी विश्व

समय टिकट: 31 अक्टूबर, 2023 4:13 पूर्वाह्न
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ध्वनिक विक्षेपक
ध्वनि विचार: लेजर प्रकाश एक अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर-रिफ्लेक्टर सरणी के बीच से गुजरता है जो हवा की ब्रैग ग्रेटिंग बनाता है। लेज़र किरण इस झंझरी के साथ संपर्क करती है और ठोस माध्यम से यात्रा किए बिना विक्षेपित हो जाती है। (सौजन्य: DESY के लिए विज्ञान संचार प्रयोगशाला)

जर्मनी में शोधकर्ताओं द्वारा पहली बार दावा किया गया है कि हवा में अल्ट्रासाउंड तरंगों का उपयोग शक्तिशाली लेजर किरणों में हेरफेर करने के लिए किया गया है। टीम की एकोस्टो-ऑप्टिक ब्रैग ग्रेटिंग प्रकाश में हेरफेर करने के नए और उपयोगी तरीकों को जन्म दे सकती है।

गुरुत्वाकर्षण तरंग का पता लगाने से लेकर अर्धचालक निर्माण तक, अधिकांश आधुनिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी लेजर प्रकाश के सटीक नियंत्रण पर निर्भर करती है।

क्रिस्टोफ हेयल बताते हैं, "झंझरी, लेंस या मॉड्यूलेटर जैसे ऑप्टिकल तत्व हमेशा लेजर, माइक्रोस्कोप और परमाणु घड़ियों सहित ऑप्टिकल उपकरणों के पीछे मूल तत्व रहे हैं, जिन्होंने विभिन्न वैज्ञानिक क्षेत्रों में कई सफलताएं हासिल की हैं।" देसी, जिन्होंने अनुसंधान का नेतृत्व किया।

हालाँकि, उच्च शक्ति, कम पल्स और लेज़र प्रकाश के गुणों पर सख्त नियंत्रण की मांग सबसे उन्नत ऑप्टिकल तत्वों को भी उनकी सीमा से परे धकेल रही है। आज, शोधकर्ताओं को ऑप्टिकल घटकों को प्रकाश-प्रेरित क्षति से बचने के लिए अपने तरीकों को अनुकूलित करना पड़ रहा है, और अवांछित अवशोषण और गैर-रैखिक प्रभावों को कम करना है जो लेजर प्रकाश की गुणवत्ता को कम करते हैं।

घनत्व हेरफेर

अब हेयल और उनके सहयोगियों ने प्रकाश को नियंत्रित करने के लिए नया दृष्टिकोण अपनाया है जो पारंपरिक ऑप्टिकल घटकों से जुड़ी कुछ समस्याओं से बचने का वादा करता है। उनकी तकनीक में प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के बराबर लंबाई के पैमाने पर हवा के घनत्व में हेरफेर करना शामिल है।

हेयल बताते हैं, "हम ध्वनिक-ऑप्टिक मॉड्यूलेशन के सिद्धांत को लागू करते हुए सीधे परिवेशी वायु में एक छोटे कोण के नीचे लेजर बीम को नियंत्रित और पुनर्निर्देशित करने के लिए अत्यधिक तीव्र अल्ट्रासाउंड फ़ील्ड का उपयोग करते हैं।"

अपने प्रयोग में, शोधकर्ताओं ने एक तलीय ध्वनि परावर्तक के विपरीत एक अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर लगाया। यह वायु अंतराल में एक उच्च दबाव वाली स्थायी अल्ट्रासाउंड तरंग स्थापित करता है - एक तरंग जो वायु घनत्व में तेज, आवधिक बदलाव पेश करती है। हवा के अपवर्तन का सूचकांक घनत्व के साथ बढ़ता है, इसलिए खड़ी तरंग ब्रैग झंझरी के रूप में कार्य करती है जो ऑप्टिकल विवर्तन का उपयोग करके प्रकाश को विक्षेपित कर सकती है। जबकि इस तकनीक का उपयोग कांच जैसे ठोस मीडिया में झंझरी बनाने के लिए किया जाता है, टीम का कहना है कि यह पहली बार हवा का उपयोग करके किया गया है।

अपनी झंझरी का उपयोग करने के लिए, हेयल और सहकर्मियों ने खड़ी अल्ट्रासाउंड तरंग के लंबवत विपरीत दिशा वाले दर्पणों की एक जोड़ी रखी। प्रकाश की एक किरण उपकरण में प्रवेश करती है और उपकरण से बाहर निकलने से पहले कई बार आगे-पीछे परावर्तित होती है। इससे ब्रैग ग्रेटिंग के माध्यम से प्रकाश द्वारा तय की जाने वाली दूरी बढ़ जाती है, जिससे विवर्तन प्रभाव बढ़ जाता है।

हाई-पावर हैंडलिंग

टीम ने पाया कि लगभग 50% आपतित प्रकाश विक्षेपित हो गया था और शेष संचारित हो गया था - आपतित लेजर प्रकाश की गुणवत्ता को संरक्षित रखते हुए। टीम का कहना है कि संख्यात्मक सिमुलेशन से पता चलता है कि भविष्य में यह प्रतिशत काफी बढ़ सकता है। इससे भी अधिक, झंझरी गीगावाट लेजर पल्स को संभाल सकती है जो ठोस सामग्रियों के ध्वनिक-ऑप्टिकल मॉड्यूलेशन को नियोजित करने वाले उपकरणों की ऊपरी सीमा से लगभग एक हजार गुना अधिक तीव्र होती है।

DESY में पीएचडी छात्र टीम के सदस्य यानिक श्रोडेल बताते हैं, "हमारा दृष्टिकोण उन प्रतिबंधों को बायपास करता है जो ठोस मीडिया आमतौर पर लगाता है: जिसमें कम फैलाव, उच्च शिखर शक्ति और व्यापक तरंग दैर्ध्य रेंज के परिमाण शामिल हैं।"

इन परिणामों के आधार पर, टीम अपने ध्वनिक ऑप्टिकल ब्रैग ग्रेटिंग के लिए भविष्य के अनुप्रयोगों की एक विविध श्रृंखला की भविष्यवाणी करती है। श्रोडेल कहते हैं, "हमारी पद्धति नवीन ऑप्टिकल आयाम और चरण मॉड्यूलेटर, स्विच, बीम स्प्लिटर्स और कई अन्य तत्वों के लिए सीधे मार्ग प्रदान करती है, जो सीधे गैस-आधारित झंझरी का उपयोग करके कार्यान्वित की जाती है।"

टीम प्रकाश में हेरफेर के लिए अन्य नई प्रौद्योगिकियों के विकास की भी आशा कर रही है। "इसके अलावा, अधिक उन्नत ऑप्टिकल तत्वों को साकार किया जा सकता है," श्रोडेल जारी है। "यह अल्ट्राफास्ट ऑप्टिक्स और अन्य क्षेत्रों के लिए रोमांचक नई दिशाएं सक्षम कर सकता है जो ऑप्टिकल पावर और स्पेक्ट्रल कवरेज में सीमाओं का सामना करते हैं।"

एकोस्टो-ऑप्टिक ब्रैग ग्रेटिंग का वर्णन किया गया है नेचर फोटोनिक्स.

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