আল্ট্রাফাস্ট লেজার ল্যাবের বেঞ্চ থেকে চিপে যেতে পারে

ফোটোনিক্সের দীর্ঘদিনের লক্ষ্য অবশেষে বাস্তবসম্মত হতে পারে

আল্ট্রাফাস্ট লেজার আধুনিক বিজ্ঞান ও প্রকৌশলের সবচেয়ে উপযোগী সরঞ্জামগুলোর মধ্যে একটি, কিন্তু এগুলো ছোট করা সবচেয়ে কঠিন কাজগুলোরও একটি। প্রিসিশন ম্যানুফ্যাকচারিং, চোখের অস্ত্রোপচার, জৈবিক ইমেজিং, এবং অ্যাটমিক ক্লকে ব্যবহৃত সিস্টেমগুলো প্রায়ই বহনযোগ্য ডিভাইসের বদলে বড় অপটিক্যাল সেটআপ দখল করে রাখে। Nature-এ প্রকাশিত একটি নতুন ফলাফল ইঙ্গিত দিচ্ছে যে সেই সীমাবদ্ধতা শিথিল হতে শুরু করেছে।

গবেষকেরা জানিয়েছেন, তারা একটি ক্ষুদ্র ফোটোনিক চিপে একটি আল্ট্রাফাস্ট লেজার তৈরি করেছেন এবং কিছু ক্ষেত্রে ল্যাব-মানের সিস্টেমের সঙ্গে প্রতিযোগিতা করতে সক্ষম আউটপুট পেয়েছেন। সরবরাহকৃত উৎস উপাদান অনুযায়ী, ডিভাইসটি 1.05 ন্যানোজুল শক্তি এবং 147 ফেমটোসেকেন্ড স্থায়িত্বের পালস সরবরাহ করেছে। ব্যবহারিক অর্থে, এর মানে অত্যন্ত ক্ষুদ্রায়িত একটি প্ল্যাটফর্ম থেকে অত্যন্ত সংক্ষিপ্ত, শক্তিশালী বিস্ফোরণসদৃশ পালস উৎপন্ন করা।

এই কাজটি EPFL-এর Tobias Kippenberg যে integrated photonics-এর “holy grail” বলে বর্ণনা করেছেন, সেই লক্ষ্যের সঙ্গে সম্পর্কিত: অন-চিপে উচ্চ-পালস-শক্তির femtosecond laser তৈরি করা। দুই দশকেরও বেশি সময় ধরে এই লক্ষ্য কঠোরভাবে ধরাছোঁয়ার বাইরে ছিল, কারণ আল্ট্রাফাস্ট লেজারকে শক্তিশালী করে এমন বৈশিষ্ট্যগুলোই তাদের chip-scale architecture-এ সংকুচিত করাও কঠিন করে তুলেছে।

আল্ট্রাফাস্ট লেজারকে ক্ষুদ্র করা কেন কঠিন

ফোটোনিক চিপ signal বহন ও প্রক্রিয়াকরণের জন্য বিদ্যুতের বদলে আলো ব্যবহার করে। তারা waveguides এবং resonant cavities-এর মতো ক্ষুদ্র কাঠামোর মাধ্যমে এটি করে। এই পদ্ধতি আকর্ষণীয়, কারণ photonics খুব উচ্চ গতি, কম-ক্ষয় signal handling, এবং কমপ্যাক্ট optical system সম্ভব করতে পারে। কিন্তু একটি আল্ট্রাফাস্ট লেজারকে চিপে বসানো সাধারণ কোনো design ছোট করার মতো সহজ নয়।

এই লেজারগুলোকে সিস্টেমকে অস্থিতিশীল না করে তীব্র পালস তৈরি করতে হয়। বড় ল্যাব সেটআপে ঐতিহ্যগতভাবে শক্তি, তাপ, timing, এবং optical path design সামলানোর জন্য বেশি জায়গা ছিল। on-chip platform-এ আকার ও জ্যামিতির ওপর কঠোর সীমাবদ্ধতা থাকে, এবং সেই সীমাই চাহিদাসম্পন্ন বাস্তব-জগতের ব্যবহারের জন্য যথেষ্ট উচ্চ পালস শক্তি অর্জনকে কঠিন করে তুলেছে।

প্রতিবেদিত সাফল্য এসেছে এমন একটি পুরোনো laser architecture আবার পর্যালোচনা করার মাধ্যমে, যাকে গবেষকেরা বলছেন integrated-photonics ক্ষেত্র মূলত উপেক্ষা করেছিল। উৎস লেখায় প্রতিটি নকশা উপাদানের পূর্ণ প্রযুক্তিগত বিশ্লেষণ নেই, তবে এটি স্পষ্ট করে যে দলের অগ্রগতি কেবল উন্নত fabrication-এর ফল নয়। এটি এমন একটি system architecture বেছে নেওয়াও ছিল, যা chip-এর সীমার মধ্যে উচ্চ-কার্যক্ষমতা সম্পন্ন pulse generation সমর্থন করতে পারে।

এমন পারফরম্যান্স যা আলোচনার মোড় ঘুরিয়ে দেয়

সংখ্যাগুলো গুরুত্বপূর্ণ, কারণ এগুলো chip-based ultrafast laser-কে ব্যবহারিক উপযোগিতার আরও কাছে নিয়ে যায়। 147 ফেমটোসেকেন্ড pulse duration মানে আলোয়ের বিস্ফোরণটি মাত্র 147 quadrillionths of a second স্থায়ী হয়। এমন সময়মাত্রায় ultrafast laser সূক্ষ্ম ভৌত ও জৈব প্রক্রিয়া অনুসন্ধান করতে পারে, অসাধারণ নির্ভুলতায় উপাদান কাটতে বা পরিবর্তন করতে পারে, এবং উন্নত যন্ত্রে timing reference হিসেবে কাজ করতে পারে।

এদিকে, এক ন্যানোজুলের বেশি pulse energy এমন এক ক্ষেত্রে গুরুত্বপূর্ণ, যেখানে ক্ষুদ্রায়িত সিস্টেমগুলো প্রায়ই compactness-এর জন্য output strength ত্যাগ করে। যদি chip-based device শুধু ছোট pulse নয়, শক্তিশালী pulse-ও তৈরি করতে পারে, তাহলে এটি diagnostics, imaging, এবং information-processing system-এর জন্য আরও প্রাসঙ্গিক হয়ে ওঠে, যেগুলো বর্তমানে ভারী hardware-এর ওপর নির্ভরশীল।

উৎস লেখার দাবি এই নয় যে চিপটি সঙ্গে সঙ্গে প্রতিটি tabletop ultrafast laser বদলে দেবে। তা বললে ফলাফলকে অতিরঞ্জিত করা হবে। বরং গুরুত্বটি হলো, on-chip performance এখন এমন এক পরিসরে পৌঁছাতে শুরু করেছে যেখানে আগে ল্যাব-নির্ভর সক্ষমতাগুলো ছোট, সস্তা, এবং সহজে মোতায়েনযোগ্য যন্ত্রে স্থানান্তরিত হতে পারে।

কেন এটি বিভিন্ন শিল্পে গুরুত্বপূর্ণ হতে পারে

যদি ultrafast laser chip-scale component-এ পরিণত হয়, তবে তাত্ক্ষণিক প্রভাব পড়বে portability ও cost-এ। আজ এই লেজারের ওপর নির্ভরশীল বহু সিস্টেমের জন্য নিয়ন্ত্রিত ল্যাব বা কারখানা পরিবেশ দরকার হয়, শুধু লেজারের কারণে নয়, সহায়ক optics এবং alignment-এর চাহিদার কারণেও। একটি photonic-chip implementation সেই জটিলতার কিছুটা কমাতে এবং আরও সমন্বিত পণ্য সম্ভব করতে পারে।

এতে medical diagnostics এবং imaging-এর জন্য স্পষ্ট সম্ভাবনা তৈরি হয়। যেসব যন্ত্র এখন বিশেষায়িত সুবিধার ওপর নির্ভর করে, সেগুলো ছোট এবং আরও ব্যাপকভাবে উপলভ্য হতে পারে। manufacturing system আরও কমপ্যাক্ট precision-light source থেকে উপকৃত হতে পারে। advanced optical timing এবং সম্ভাব্য কিছু quantum বা sensing platform-সহ information-processing ব্যবহারের ক্ষেত্রেও দ্রুত ও সমন্বিত লেজার লাভজনক হতে পারে।

বৃহত্তর শিল্পগত প্রভাবটি ইলেকট্রনিক্সের ইতিহাসের সঙ্গে পরিচিত: কোনো সক্ষমতা chip-compatible হলেই, পরীক্ষা-নিরীক্ষা ও বাণিজ্যিকীকরণ ত্বরান্বিত হয়। প্রকৌশলীরা একটি custom optical bench-এর বদলে একটি মানসম্মত অংশকে কেন্দ্র করে নকশা করতে পারেন। এতে দ্রুত ব্যাপক গ্রহণ নিশ্চিত হয় না, তবে সাধারণত product development-এর বাধা কমে যায়।

পুরোনো ধারণা, নতুন করে উপযোগী

রিপোর্টের অন্যতম প্রকাশ্য দিক হলো, এই সাফল্য কয়েক দশক পুরোনো একটি architecture-এর ওপর নির্ভর করেছে, যেটিকে যথেষ্ট গুরুত্ব দেওয়া হয়নি। এটি মনে করিয়ে দেয়, প্রতিটি অগ্রগতি নতুন নীতি উদ্ভাবন থেকেই আসে না। কখনও কখনও অগ্রগতির মানে হলো পুরোনো কোনো ধারণার জন্য সঠিক প্রেক্ষাপট খুঁজে পাওয়া এবং তাকে আধুনিক fabrication, materials, ও system-level insight-এর সঙ্গে একত্র করা।

ফোটোনিক্সে, যেখানে design constraints পুরো ক্ষেত্রকে নির্দিষ্ট architecture-এর দিকে ঠেলে দিতে পারে, অবহেলিত বিকল্পগুলো বছরের পর বছর নিষ্ক্রিয় থেকে যেতে পারে। গবেষকদের সাফল্য ইঙ্গিত করে যে on-chip-এ কী বাস্তবসম্মত, সে সম্পর্কে কিছু ধারণা হয়তো অতিরিক্ত রক্ষণশীল ছিল, অথবা অন্তত dominant design playbook-এর সঙ্গে খুব বেশি বাঁধা ছিল।

এরপর কী

সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ পরবর্তী প্রশ্ন হলো, ফলাফলটি চিত্তাকর্ষক কি না তা নয়, বরং এটি কি repeatable device-এ প্রকৌশলগতভাবে রূপান্তর করা যায় যা ল্যাবের বাইরে টিকে থাকবে। chip photonics-এর ক্ষেত্রে manufacturability, stability, packaging, এবং পার্শ্ববর্তী system-এর সঙ্গে সামঞ্জস্যই একটি শক্তিশালী paper-কে platform technology থেকে আলাদা করে।

তবু দিকটি স্পষ্ট। এই কাজ ultrafast photonics-কে সেই অবস্থানের আরও কাছে নিয়ে যাচ্ছে, যেখানে compact device একসময় room-scale optical setup-এর জন্য সংরক্ষিত কাজ করতে পারে। এটি উচ্চমানের measurement ও imaging tool-এ প্রবেশাধিকার বাড়াতে পারে, যেমন আগের semiconductor অগ্রগতি computation-এ প্রবেশাধিকার বাড়িয়েছিল।

• গবেষণাটি একটি photonic chip-এ ultrafast laser দেখায়।
• প্রতিবেদিত আউটপুট 147-femtosecond পালসের সঙ্গে 1.05 nanojoules-এ পৌঁছেছে।
• নকশাটি আগে উপেক্ষিত একটি laser architecture-এর ওপর নির্ভর করে।
• সম্ভাব্য ব্যবহারগুলোর মধ্যে diagnostics, imaging, manufacturing, এবং information processing রয়েছে।

এখনের জন্য, এই সাফল্যকে একটি threshold moment হিসেবে দেখা ভালো, চূড়ান্ত বাণিজ্যিক পণ্য হিসেবে নয়। কিন্তু এমন এক ক্ষেত্রে যেখানে আকার দীর্ঘদিন ধরে বিস্তৃত ব্যবহারের অন্যতম প্রধান বাধা, একটি ultrafast laser-এর on-chip বিশ্বাসযোগ্য কর্মক্ষমতা প্রমাণ করা একটি গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ। পরবর্তী কাজ যদি এই ফলকে robust device-এ রূপান্তর করতে পারে, তাহলে photonic system আরও ছোট, সস্তা, এবং অনেক বেশি ব্যাপকভাবে ব্যবহারযোগ্য হতে পারে।

এই নিবন্ধটি Live Science-এর প্রতিবেদনের ভিত্তিতে। মূল নিবন্ধটি পড়ুন.