Broadband light source using an extended cavity tapered laser with volume Bragg grating
लेखकों ने एक वॉल्यूम ब्रैग ग्रेटिंग द्वारा स्थिर किए गए एक्सटेंडेड-कैविटी टेपर्ड एम्पलीफायर पर आधारित एक 200 mW ब्रॉडबैंड प्रकाश स्रोत विकसित किया है, जो लगभग 2 cm⁻¹ की स्पेक्ट्रल बैंडविड्थ प्रदान करता है और सफल आयोडीन अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी के माध्यम से द्विपरमाणु अणुओं को ठंडा करने की क्षमता प्रदर्शित करता है।
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प्रकाश को अक्सर एक एकल, शुद्ध रंग के रूप में देखा जाता है, जैसे कि लेजर पॉइंटर की तीखी लाल किरण। हालांकि, सटीक विज्ञान की दुनिया में, शोधकर्ताओं को अक्सर ऐसे प्रकाश की आवश्यकता होती है जो न केवल एक एकल रंग हो, बल्कि एक साथ कई रंगों का एक विस्तृत, नियंत्रित प्रसार हो। यह विशेष रूप से तब सच होता है जब वैज्ञानिक जटिल अणुओं का अध्ययन करने की कोशिश करते हैं, जैसे कि दो-परमाणु गैसें जिनसे वायुमंडल का एक बड़ा हिस्सा बना है। इन अणुओं के हिलने, कंपन करने और घूमने के तरीके को समझने के लिए, वैज्ञानिकों को उन पर ऐसा प्रकाश डालना चाहिए जो एक साथ कई अलग-अलग आंतरिक परिवर्तनों को सक्रिय कर सके। वर्षों से, एक ऐसा प्रकाश स्रोत बनाना जो उपयोगी होने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली हो और सभी आवश्यक रंगों को कवर करने के लिए पर्याप्त व्यापक हो, एक कठिन संतुलन बनाने जैसा रहा है। बहुत संकीर्ण होने पर, प्रकाश अधिकांश आणविक परिवर्तनों को छोड़ देता है; बहुत व्यापक और अनियंत्रित होने पर, संकेत एक धुंधले मिश्रण में बदल जाता है।
ब्राजील के यूनिवर्सिटी ऑफ साओ पाउलो के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस विशिष्ट प्रकार के प्रकाश को उत्पन्न करने का एक नया तरीका विकसित किया है। उन्होंने एक ऐसा उपकरण बनाया है जो एक मानक लेजर को उसके रंग के दायरे को बिना उसकी शक्ति खोए एक विस्तृत, स्थिर बैंड में फैला देता है। उनके आविष्कार का मुख्य केंद्र एक विशेष लेजर एम्पलीफायर है जो एक वेज (wedge) के आकार का है, जो अधिक ऊर्जा को संभालने के लिए अंत में चौड़ा होता जाता है। इस शक्तिशाली प्रकाश को अराजक होने से बचाने के लिए, उन्होंने इसके मार्ग में एक 'वॉल्यूम ब्रैग ग्रेटिंग' (volume Bragg grating) रखा। यह घटक एक बहुत ही चयनात्मक दर्पण की तरह कार्य करता है जो केवल रंगों की एक विशिष्ट खिड़की को वापस लेजर में परावर्तित करता है, जिससे उपकरण एक परिभाषित सीमा के भीतर काम करने के लिए मजबूर होता है। इसका परिणाम एक ऐसा प्रकाश स्रोत है जो चमकीला, स्थिर है और इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम में लगभग 2 cm⁻¹ के विस्तार को कवर करता है, जो 200 mW तक की शक्ति प्रदान करता है।
शोधकर्ताओं ने केवल उपकरण का निर्माण ही नहीं किया; उन्होंने यह साबित करने में भी काफी प्रयास किया कि यह वास्तव में कैसे काम करता है और यह कितना स्थिर है। प्रकाश को स्पष्ट रूप से देखने के लिए, उन्होंने एक कस्टम स्पेक्ट्रोमीटर बनाया, जो एक ऐसी मशीन है जिसे अत्यधिक सटीकता के साथ प्रकाश को उसके व्यक्तिगत रंगों में अलग करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह उपकरण एक विशेष ग्लास एटलोन (etalon) और एक विवर्तन ग्रेटिंग (diffraction grating) के चतुर संयोजन का उपयोग करता है ताकि प्रकाश को कैमरा सेंसर पर एक द्वि-आयामी मानचित्र में फैलाया जा सके। इस मानचित्र का विश्लेषण करके, टीम प्रकाश की किरण के सटीक आकार और तीव्रता को माप सकी। उन्होंने पाया कि प्रकाश के रंग की सीमा उनके द्वारा उपयोग किए गए दर्पण द्वारा अनुमत अधिकतम सीमा का लगभग एक-तिहाई है, जो उपकरण के भीतर प्रकाश के बार-बार परावर्तित होने के तरीके का परिणाम है। उन्होंने यह भी खोजा कि दर्पण के कोण को समायोजित करके, वे पूरे रंग के दायरे को ऊपर या नीचे खिसका सकते थे, जबकि लेजर में विद्युत धारा को बदलकर वे रंगों को बदले बिना चमक को नियंत्रित कर सकते थे।
अपने नए प्रकाश स्रोत की विश्वसनीयता का परीक्षण करने के लिए, टीम ने इसे डेढ़ दिन तक लगातार चलने दिया और हर तीन घंटे में इसके आउटपुट की जांच की। उन्होंने परीक्षण की शुरुआत में प्रकाश के स्पेक्ट्रम के आकार की तुलना अंत के आकार से की। परिणामों ने दिखाया कि प्रकाश उल्लेखनीय रूप से सुसंगत रहा, जिसमें रंगों का पैटर्न लगभग समान रहा और शक्ति में तीन प्रतिशत से भी कम का उतार-चढ़ाव हुआ। यह दीर्घकालिक स्थिरता उन प्रयोगों के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है जिन्हें सेट करने और चलाने में समय लगता है। अंत में, अपने कार्य के व्यावहारिक मूल्य को प्रदर्शित करने के लिए, उन्होंने आयोडीन गैस का अध्ययन करने के लिए इस प्रकाश का उपयोग किया। गर्म आयोडीन वाष्प के एक पात्र के माध्यम से इस विस्तृत बीम को प्रवाहित करके, उन्होंने रिकॉर्ड किया कि गैस ने विशिष्ट रंगों को कैसे अवशोषित किया। उन्होंने जो पैटर्न कैप्चर किया वह आयोडीन के ज्ञात डेटा के साथ पूरी तरह मेल खाता है, जो यह सिद्ध करता है कि उनका प्रकाश स्रोत एक विस्तृत श्रेणी को कवर करते हुए भी सूक्ष्म विवरणों को हल करने के लिए पर्याप्त सटीक है।
यह कार्य उन वैज्ञानिकों के लिए एक शक्तिशाली उपकरण प्रदान करता है जिन्हें अणुओं की आंतरिक अवस्थाओं को नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है। चूंकि यह प्रकाश एक ही समय में कई आणविक परिवर्तनों पर प्रहार कर सकता है, इसलिए यह द्विपरमाणु अणुओं को ठंडा करने और उनकी गति को नियंत्रित करने के नए रास्ते खोलता है जो पहले कठिन थे। शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि एक ऐसा लेजर होना संभव है जो व्यापक और स्थिर दोनों हो, जो आणविक भौतिकी और स्पेक्ट्रोस्कोपी के भविष्य के अध्ययन के लिए एक बहुमुखी मंच प्रदान करता है। यह उपकरण एक नियंत्रित, उच्च-शक्ति वाली बीम वितरित करता है जिसे ट्यून किया जा सकता है और जिस पर भरोसा किया जा सकता है, जिससे एक जटिल ऑप्टिकल चुनौती एक विश्वसनीय खोज उपकरण में बदल जाती है।
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