Two-optical-cycle pulses from nanophotonic two-color soliton compression
यह शोध पत्र लिथियम नियोबेट नैनोफोटोनिक्स में क्वाड्रेटिक टू-कलर सॉलिटॉन डायनेमिक्स के माध्यम से केवल ~3 pJ इनपुट ऊर्जा का उपयोग करके 2 μm पर दो-ऑप्टिकल-साइकिल पल्स के उत्पादन को प्रदर्शित करता है, जो एकीकृत सिंगल-साइकिल अल्ट्राफास्ट सिस्टम का मार्ग प्रशस्त करने के लिए पिछले आकार और लागत की सीमाओं को पार करता है।
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प्रकाश की दुनिया की कल्पना एक विशाल, अदृश्य ऑर्केस्ट्रा के रूप में करें। दशकों से, वैज्ञानिक इस ऑर्केस्ट्रा को संभवतः सबसे तेज़, सबसे ऊर्जावान स्वर बजाने के लिए संचालित करने की कोशिश कर रहे हैं। ये "स्वर" प्रकाश के अविश्वसनीय रूप से छोटे विस्फोट हैं, जो इतने तेज़ होते हैं कि वे एक सेकंड के अंश में घटित होते हैं—विशेष रूप से, उस समय में जो एक प्रकाश तरंग को केवल कुछ ही बार हिलने (wiggle) में लगता है। हम इन्हें "अल्ट्राशॉर्ट पल्स" (ultrashort pulses) कहते हैं। हमें इसकी परवाह क्यों है? क्योंकि प्रकाश के ये नन्हे, सुपर-फास्ट फ्लैश ब्रह्मांड के लिए एक हाई-स्पीड कैमरे की तरह काम करते हैं। वे हमें परमाणुओं के चारों ओर दौड़ते इलेक्ट्रॉनों या अणुओं के नृत्य की तस्वीरें खींचने की अनुमति देते हैं, जो इतनी तेज़ी से होते हैं कि उन्हें पहले देखना या नियंत्रित करना असंभव था।
इन फ्लैशों को बनाने के लिए, वैज्ञानिकों को आमतौर पर महंगे दर्पणों और लेंसों से भरे एक विशाल, कमरे के आकार के सेटअप की आवश्यकता होती है। यह बिल्कुल वैसा ही है जैसे कि आप केवल एक सिंगल कुकी बनाना चाहते हों लेकिन इसके लिए एक विशाल औद्योगिक ओवन का उपयोग कर रहे हों। लक्ष्य हमेशा इस पूरी प्रक्रिया को एक छोटी चिप तक सिकोड़ना रहा है, जैसे आपके फोन के अंदर की चिप होती है, ताकि इन सुपर-फास्ट लाइट टूल्स को छोटा, सस्ता और उपयोग में आसान बनाया जा सके। मुख्य चुनौती यह है कि प्रकाश को इतनी छोटी जगह में दबाने से वह अक्सर शार्प और शक्तिशाली होने के बजाय अव्यवस्थित या कमजोर हो जाता है।
यह शोध पत्र बताता है कि कैसे कैलटेक (Caltech) के शोधकर्ताओं की एक टीम ने उस विशाल प्रकाश-बेकिंग ओवन को एक छोटी सी चिप में सिकोड़ने और वास्तव में इसे काम करने के योग्य बनाने का प्रबंधन किया। उन्होंने लिथियम नियोबेट (lithium niobate) नामक एक विशेष सामग्री का उपयोग करके एक उपकरण बनाया जो प्रकाश के लिए एक जादुई स्लाइड की तरह कार्य करता है। सामान्य अव्यवस्थित परिणामों के बजाय, उन्होंने प्रकाश के दो अलग-अलग रंगों के एक साथ नाचने के एक चतुर तरीके का उपयोग किया। प्रकाश के पथ को सावधानीपूर्वक डिजाइन करके, उन्होंने उन दो रंगों को एक-दूसरे के बीच एक तालबद्ध लय में आगे-पीछे उछलने के लिए मजबूर किया। इस नृत्य ने प्रकाश के एक लंबे, विस्तृत पल्स को एक अत्यंत सघन, सुपर-फास्ट विस्फोट में सिकोड़ दिया।
परिणाम प्रभावशाली हैं। उन्होंने प्रकाश के एक पल्स से शुरुआत की जो पहले से ही काफी छोटा था, और केवल बहुत कम ऊर्जा (लगभग 3 pJ, जो कि कुछ इंच की ऊंचाई से गिरने वाले रेत के एक एकल कण की ऊर्जा के बराबर है) का उपयोग करके, उन्होंने इसे मात्र 13 फेमटोसेकंड (femtoseconds) तक संकुचित कर दिया। इसे समझने के लिए, एक सेकंड एक सेकंड के मुकाबले कितना है, यह देखने के लिए कि एक फेमटोसेकंड एक सेकंड के मुकाबले वैसा ही है जैसा एक सेकंड लगभग 31.7 मिलियन वर्षों के मुकाबले होता है। यह नया पल्स इतना छोटा है कि यह प्रकाश तरंग के स्वयं के केवल दो पूर्ण कंपनों (wiggles) से भी कम समय तक रहता है। शोधकर्ताओं ने यह भी दिखाया कि यह प्रक्रिया स्वाभाविक रूप से प्रकाश का एक दूसरा रंग (दोगुनी आवृत्ति) भी उत्पन्न करती है जो समान रूप से संकुचित है।
जो बात वास्तव में रोमांचक है वह यह है कि दोनों रंग अपनी टाइमिंग में पूरी तरह से लॉक रहते हैं। शोध पत्र सुझाव देता है कि चूंकि वे इतने सुव्यवस्थित हैं, हम उन्हें चिप पर एक साथ मिलाकर और भी छोटे पल्स बना सकते हैं—प्रकाश का एक एकल कंपन, जिसे "सिंगल-साइकिल" (single-cycle) पल्स कहा जाता है। हालांकि टीम ने यह सिद्ध किया है कि वे चिप पर दो-रंगों वाले पल्स को काम करने के योग्य बना सकते हैं, वे यह भी नोट करते हैं कि अंतिम सिंगल-साइकिल संस्करण बनाने के लिए थोड़ी अधिक शक्ति की आवश्यकता होगी, जो भविष्य की तकनीक प्रदान कर सकती है। esenciaतः, उन्होंने एक छोटे, ऊर्जा-कुशल मशीन के वर्किंग प्रोटोटाइप का निर्माण किया है जो प्रकाश के सबसे तेज़ फ्लैश उत्पन्न कर सकता है, जो हमारे जेब में समा सकने वाले अगली पीढ़ी के अल्ट्राफास्ट टूल्स का मार्ग प्रशस्त करता है।
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