EPFL একটি femtosecond laser-কে photonic chip-এ সঙ্কুচিত করেছে

দুই দশকের photonics লক্ষ্য অবশেষে নাগালের মধ্যে আসতে পারে

EPFL-এর গবেষকেরা বলছেন, তারা প্রথম integrated ultrafast laser তৈরি করেছেন যা traditional tabletop femtosecond lasers-এর performance-এর সমান হতে পারে। Nature-এ প্রকাশিত এই device photonic chip থেকে সরাসরি 1.05 nanojoules pulse energy এবং 147 femtoseconds পর্যন্ত pulse duration তৈরি করে।

এই সংখ্যাগুলো ল্যাব থেকে বাস্তব পরিবেশে গেলেও যদি স্থির থাকে, তবে এটি integrated photonics-এর জন্য এক বড় turning point হতে পারে। দুই দশকেরও বেশি সময় ধরে, chip-এ high-pulse-energy femtosecond lasers-কে এক ধরনের holy grail হিসেবে দেখা হয়েছে: স্পষ্টভাবে মূল্যবান, তাত্ত্বিকভাবে সম্ভব, কিন্তু বাস্তবে অনড়ভাবে নাগালের বাইরে।

ultrafast lasers কেন গুরুত্বপূর্ণ

Ultrafast lasers আধুনিক optics-এর অপরিহার্য সরঞ্জাম, কারণ এগুলো অত্যন্ত ক্ষুদ্র light pulses তৈরি করে। এই pulses manufacturing, surgery, spectroscopy এবং frequency-comb systems-সহ উচ্চ-নির্ভুলতার অনেক কাজে লাগে, যার মধ্যে optical atomic clocks-ও রয়েছে, যা এখন পর্যন্ত সবচেয়ে নির্ভুল timekeeping technologies-এর ভিত্তি।

সমস্যা ছিল size এবং cost। প্রচলিত femtosecond systems প্রায়ই বড় optical tables দখল করে এবং জটিল alignments ও বিশেষ পরিবেশের প্রয়োজন হয়। ফলে এগুলো কোথায় ব্যবহার করা যাবে এবং কারা এগুলো বাস্তবে ব্যবহার করতে পারবে, তা সীমিত হয়েছে।

একটি chip-scale equivalent সেই সমীকরণ বদলে দেয়। শক্তিশালী ultrafast lasers যদি telecommunications hardware-এ photonic components-এর মতো করে তৈরি ও একীভূত করা যায়, তবে প্রযুক্তিটি আরও ছোট, সস্তা এবং সহজলভ্য হতে পারে।

যে উপেক্ষিত architecture এটি সম্ভব করেছে

প্রদত্ত উৎস পাঠ অনুযায়ী, Tobias J. Kippenberg-এর নেতৃত্বাধীন EPFL দল Mamyshev oscillator architecture গ্রহণ করেছে, যা integrated photonics-এ তুলনামূলকভাবে কম মনোযোগ পেয়েছিল। এই সিস্টেমে দুটি optical filters-এর মাঝে একটি nonlinear waveguide থাকে, যা spectrum-এর ভিন্ন ভিন্ন অংশ পার হতে দেয়। একটি intense pulse waveguide দিয়ে যাওয়ার সময় তার spectrum প্রসারিত হয়, ফলে filters ultrafast pulse formation-কে আকার দিতে ও স্থিতিশীল করতে পারে।

এই পছন্দের গুরুত্ব শুধু এটুকুই নয় যে এটি কাজ করেছে, বরং এটি ইঙ্গিত দেয় যে বাধাটি কেবল material বা manufacturing-সম্পর্কিত ছিল না। কখনও কখনও দীর্ঘদিনের সমস্যা সমাধান হয় না, কারণ ক্ষেত্রটি ভুল design space দেখছে। EPFL-এর ফলাফল ইঙ্গিত করে যে integrated photonics হয়তো high-energy femtosecond operation-এর একটি বিশেষ কার্যকর পথ উপেক্ষা করেছিল।

Kippenberg chip-based ফলাফলটিকে এমন কিছু হিসেবে বর্ণনা করেছেন, যাকে field একটি “holy grail” মনে করত। এই ভাষা দেখায়, চ্যালেঞ্জটি কতটা কেন্দ্রীয় ছিল। অনেক photonic technology সফলভাবে chip-এ সংকুচিত হয়েছে, কিন্তু ultrafast, high-energy pulse generation ছিল সবচেয়ে কঠিন স্থানান্তরগুলোর একটি।

এটি কী খুলে দিতে পারে

প্রদত্ত উপাদানে উল্লেখ করা সম্ভাব্য ব্যবহার medical diagnostics থেকে atomic clocks পর্যন্ত বিস্তৃত। এই উদাহরণগুলো একটি বৃহত্তর পরিণতির ইঙ্গিত দেয়: যখন একটি উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন optical tool chip-scale হয়ে যায়, তখন তা বিশেষায়িত গবেষণা অবকাঠামো থেকে বাস্তবে ব্যবহারযোগ্য সিস্টেমের দিকে যেতে পারে।

এটি অন্তত তিনভাবে গুরুত্বপূর্ণ। প্রথমত, compactness table-sized lasers-কে ধারণ করতে না পারা instruments-এ একীভূত করার বাধা কমায়। দ্বিতীয়ত, manufacturability খরচ কমাতে এবং reproducibility বাড়াতে পারে। তৃতীয়ত, on-chip compatibility ultrafast light generation-কে অন্যান্য photonic functions-এর সঙ্গে আরও tightly integrated devices-এ যুক্ত করার সম্ভাবনা তৈরি করে।

বাস্তবে, এটি sensing, communications, precision measurement এবং portable scientific instrumentation-কে প্রভাবিত করতে পারে। সব tabletop system হারিয়ে যাবে না, কিন্তু femtosecond-grade performance যেখানে পাওয়া যাবে সেই পরিবেশের পরিধি দ্রুত বাড়তে পারে।

integrated photonics-এর জন্য একটি মাইলফলক

Photonic chips ইতিমধ্যেই telecommunications-এ বড় ভূমিকা পালন করে, যেখানে waveguides আলোকে electronic circuits current পরিচালনা করার মতোই দিকনির্দেশ দেয়। ultrafast laser generation-এ এই miniaturization logic প্রসারিত করা ছিল একেবারে স্পষ্ট একটি আকাঙ্ক্ষা, কিন্তু স্পষ্ট আকাঙ্ক্ষাগুলোই প্রায়শই সবচেয়ে কঠিন হয়, কারণ এখানে কেবল সুবিধা নয়, performance-ও দরকার।

EPFL দলের দাবি গুরুত্বপূর্ণ, কারণ এটি শুধু একটি laser-কে chip-এ বসানোর কথা নয়। এটি হলো এমনভাবে বসানো, যাতে established femtosecond systems-এর performance-এর সঙ্গে মেলে। এই পার্থক্যই একটি useful demo এবং একটি field-changing platform-এর মধ্যে সীমারেখা টেনে দেয়।

এখনও একটি landmark paper এবং mass-deployed product-এর মধ্যে পার্থক্য আছে। packaging, reliability, manufacturing yield এবং system integration পরের ধাপে গুরুত্বপূর্ণ হবে। কিন্তু এখানে প্রতিবেদন করা ফলাফল ইঙ্গিত দেয় যে optics-এর সবচেয়ে শক্তিশালী সরঞ্জামগুলোর একটি chip-scale format-এ সংকুচিত করার দীর্ঘ প্রচেষ্টা একটি অর্থপূর্ণ সীমা অতিক্রম করেছে।

কেন এটি আলাদা

• ডিভাইসটি reportedly chip-এ 1.05 nanojoules pulse energy এবং 147-femtosecond pulses অর্জন করে।
• কাজটি Nature-এ প্রকাশিত হয়েছে এবং integrated photonics-এর দীর্ঘদিনের লক্ষ্যকে লক্ষ্য করে।
• দলটি এমন একটি Mamyshev oscillator architecture ব্যবহার করেছে যা এই উদ্দেশ্যে আগে খুব কমই নজরে এসেছে।
• সম্ভাব্য ব্যবহারগুলোর মধ্যে diagnostics, precision metrology এবং optical clock systems রয়েছে।

এই নিবন্ধটি Science Daily-এর প্রতিবেদনের ভিত্তিতে। মূল নিবন্ধ পড়ুন.