अल्ट्राफास्ट लेज़र लैब की मेज़ों से निकलकर चिप्स तक पहुंच सकते हैं

फोटोनिक्स का एक लंबे समय से चला आ रहा लक्ष्य आखिरकार व्यावहारिक हो सकता है

अल्ट्राफास्ट लेज़र आधुनिक विज्ञान और इंजीनियरिंग के सबसे उपयोगी उपकरणों में से हैं, लेकिन इन्हें छोटा करना भी सबसे कठिन रहा है। सटीक निर्माण, नेत्र शल्य चिकित्सा, जैविक इमेजिंग और परमाणु घड़ियों में उपयोग होने वाली प्रणालियाँ अक्सर पोर्टेबल उपकरणों की बजाय बड़े ऑप्टिकल सेटअपों में होती हैं। Nature में प्रकाशित एक नया परिणाम संकेत देता है कि यह सीमा अब ढीली पड़ने लगी है।

शोधकर्ताओं ने बताया है कि उन्होंने एक बेहद छोटे फोटोनिक चिप पर एक अल्ट्राफास्ट लेज़र बनाया है और ऐसा आउटपुट हासिल किया है जो कुछ पहलुओं में प्रयोगशाला-स्तरीय प्रणालियों से प्रतिस्पर्धा कर सकता है। उपलब्ध स्रोत सामग्री के अनुसार, इस डिवाइस ने 1.05 नैनोजूल ऊर्जा और 147 फेम्टोसेकंड अवधि वाले पल्स दिए। व्यावहारिक रूप से, इसका मतलब है अत्यंत छोटे, ऊर्जावान बर्स्ट, जो एक अत्यधिक लघुकृत प्लेटफ़ॉर्म से उत्पन्न हुए हैं।

यह कार्य Tobias Kippenberg of EPFL द्वारा वर्णित इंटीग्रेटेड फोटोनिक्स के एक “holy grail” को संबोधित करता है: चिप पर उच्च-पल्स-ऊर्जा वाला फेम्टोसेकंड लेज़र बनाना। दो दशकों से अधिक समय से यह लक्ष्य लगातार दूर रहा है, क्योंकि जिन विशेषताओं से अल्ट्राफास्ट लेज़र शक्तिशाली बनते हैं, उन्हीं ने उन्हें चिप-स्तरीय आर्किटेक्चर में समेटना भी कठिन बना दिया है।

अल्ट्राफास्ट लेज़र को लघु बनाना क्यों कठिन है

फोटोनिक चिप्स संकेतों को ले जाने और संसाधित करने के लिए बिजली की बजाय प्रकाश का उपयोग करती हैं। वे यह काम वेवगाइड और रेज़ोनेंट कैविटी जैसी सूक्ष्म संरचनाओं के माध्यम से करती हैं। यह तरीका आकर्षक है क्योंकि फोटोनिक्स बहुत उच्च गति, कम-हानि वाले सिग्नल हैंडलिंग और कॉम्पैक्ट ऑप्टिकल सिस्टम सक्षम कर सकती है। लेकिन एक अल्ट्राफास्ट लेज़र को चिप पर फिट करना किसी पारंपरिक डिज़ाइन को बस छोटा कर देने जितना सरल नहीं है।

इन लेज़रों को प्रणाली को अस्थिर किए बिना तीव्र पल्स उत्पन्न करने होते हैं। बड़े प्रयोगशाला सेटअपों में ऊर्जा, ऊष्मा, समय निर्धारण और ऑप्टिकल पथ डिज़ाइन को संभालने के लिए पारंपरिक रूप से अधिक जगह रही है। चिप-आधारित प्लेटफ़ॉर्म आकार और ज्यामिति पर कड़े प्रतिबंध लगाते हैं, और इन सीमाओं ने मांग वाले वास्तविक-विश्व अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त उच्च पल्स ऊर्जा हासिल करना कठिन बना दिया है।

रिपोर्ट की गई सफलता एक पुराने लेज़र आर्किटेक्चर पर फिर से विचार करने से आई, जिसे शोधकर्ताओं के अनुसार इंटीग्रेटेड फोटोनिक्स क्षेत्र ने काफी हद तक अनदेखा कर दिया था। स्रोत पाठ हर डिज़ाइन तत्व का पूरा तकनीकी विवरण नहीं देता, लेकिन यह स्पष्ट करता है कि टीम की प्रगति केवल बेहतर निर्माण तक सीमित नहीं थी। यह भी सही सिस्टम आर्किटेक्चर चुनने के बारे में थी, जो चिप की सीमाओं के भीतर उच्च-प्रदर्शन पल्स जनरेशन का समर्थन कर सके।

ऐसा प्रदर्शन जो चर्चा का रुख बदल देता है

संख्याएँ महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे चिप-आधारित अल्ट्राफास्ट लेज़रों को व्यावहारिक उपयोगिता के करीब ले जाती हैं। 147 फेम्टोसेकंड की पल्स अवधि का मतलब है कि प्रकाश का वह बर्स्ट केवल 147 क्वाड्रिलियनवें हिस्से सेकंड तक रहता है। ऐसे समय-मानों पर, अल्ट्राफास्ट लेज़र सूक्ष्म भौतिक और जैविक प्रक्रियाओं की जांच कर सकते हैं, असाधारण सटीकता से सामग्री को काट या संशोधित कर सकते हैं, और उन्नत उपकरणों में टाइमिंग संदर्भ के रूप में काम कर सकते हैं।

इस बीच, एक नैनोजूल से अधिक पल्स ऊर्जा एक ऐसे क्षेत्र में महत्वपूर्ण है जहां लघुकृत प्रणालियाँ अक्सर कॉम्पैक्टनेस के बदले आउटपुट शक्ति का त्याग करती हैं। यदि कोई चिप-आधारित डिवाइस केवल छोटी नहीं, बल्कि ऊर्जावान पल्स भी उत्पन्न कर सकती है, तो वह डायग्नोस्टिक्स, इमेजिंग और सूचना-प्रसंस्करण प्रणालियों के लिए कहीं अधिक प्रासंगिक हो जाती है, जो अभी भी भारी हार्डवेयर पर निर्भर हैं।

स्रोत पाठ में दावा यह नहीं है कि यह चिप तुरंत हर टेबलटॉप अल्ट्राफास्ट लेज़र की जगह ले लेती है। ऐसा कहना परिणाम को बढ़ा-चढ़ाकर पेश करना होगा। इसके बजाय, महत्व यह है कि ऑन-चिप प्रदर्शन अब उस दायरे में प्रवेश करने लगा है, जहां पहले प्रयोगशाला तक सीमित क्षमताएँ छोटे, सस्ते और अधिक तैनात किए जा सकने वाले उपकरणों में स्थानांतरित हो सकती हैं।

यह विभिन्न उद्योगों के लिए क्यों मायने रख सकता है

यदि अल्ट्राफास्ट लेज़र चिप-स्केल घटक बन जाते हैं, तो इसका तत्काल प्रभाव पोर्टेबिलिटी और लागत पर पड़ सकता है। आज, इन लेज़रों पर निर्भर कई प्रणालियों को नियंत्रित प्रयोगशाला या फैक्ट्री वातावरण की आवश्यकता होती है, केवल लेज़र की वजह से नहीं बल्कि सहायक ऑप्टिक्स और अलाइनमेंट की मांगों के कारण भी। एक फोटोनिक-चिप कार्यान्वयन इस जटिलता का कुछ हिस्सा कम कर सकता है और अधिक एकीकृत उत्पादों को सक्षम कर सकता है।

इससे चिकित्सा डायग्नोस्टिक्स और इमेजिंग के लिए स्पष्ट संभावनाएँ बनती हैं। जो उपकरण अभी विशेष सुविधाओं पर निर्भर हैं, वे छोटे और अधिक व्यापक रूप से उपलब्ध हो सकते हैं। निर्माण प्रणालियाँ अधिक कॉम्पैक्ट प्रिसीजन-लाइट स्रोतों से लाभ उठा सकती हैं। सूचना-प्रसंस्करण अनुप्रयोग, जिनमें उन्नत ऑप्टिकल टाइमिंग और संभवतः कुछ क्वांटम या सेंसिंग प्लेटफ़ॉर्म शामिल हैं, भी ऐसे लेज़रों से लाभ उठा सकते हैं जो तेज़ भी हैं और एकीकृत भी।

व्यापक औद्योगिक निहितार्थ इलेक्ट्रॉनिक्स के इतिहास से परिचित हैं: जब कोई क्षमता चिप-संगत बन जाती है, तो प्रयोग और व्यावसायीकरण की गति आमतौर पर बढ़ जाती है। इंजीनियर कस्टम ऑप्टिकल बेंच की बजाय एक मानकीकृत घटक के आसपास डिज़ाइन कर सकते हैं। इसका मतलब तेज़ बड़े पैमाने पर अपनाना तय नहीं है, लेकिन यह आम तौर पर उत्पाद विकास की दहलीज को कम करता है।

पुराना विचार, नया उपयोग

रिपोर्ट का एक सबसे दिलचस्प पहलू यह है कि यह सफलता एक दशकों पुराने आर्किटेक्चर पर आधारित थी, जिसे कम आंका गया था। यह याद दिलाता है कि हर अग्रणी प्रगति किसी बिल्कुल नए सिद्धांत के आविष्कार से नहीं आती। कभी-कभी प्रगति इस बात पर निर्भर करती है कि किसी पुराने विचार के लिए सही संदर्भ मिल जाए और उसे आधुनिक निर्माण, सामग्रियों और सिस्टम-स्तरीय समझ के साथ जोड़ा जाए।

फोटोनिक्स में, जहाँ डिज़ाइन सीमाएँ पूरे क्षेत्र को कुछ खास आर्किटेक्चर की ओर मोड़ सकती हैं, अनदेखे विकल्प वर्षों तक निष्क्रिय रह सकते हैं। शोधकर्ताओं की सफलता बताती है कि ऑन-चिप क्या संभव था, इस बारे में कुछ धारणाएँ शायद बहुत सतर्क थीं, या कम-से-कम प्रमुख डिज़ाइन प्लेबुक से बहुत अधिक जुड़ी हुई थीं।

आगे क्या

सबसे महत्वपूर्ण अगला सवाल यह नहीं है कि यह परिणाम प्रभावशाली है या नहीं, बल्कि यह है कि क्या इसे दोहराए जाने योग्य उपकरणों में इंजीनियर किया जा सकता है जो प्रयोगशाला के बाहर भी टिकें। चिप फोटोनिक्स के लिए, निर्माण-योग्यता, स्थिरता, पैकेजिंग और आसपास की प्रणालियों के साथ संगतता वे चीज़ें हैं जो एक मजबूत पेपर और एक प्लेटफ़ॉर्म तकनीक के बीच अंतर बनाती हैं।

फिर भी, दिशा स्पष्ट है। यह काम अल्ट्राफास्ट फोटोनिक्स को उस बिंदु के करीब ले जाता है जहाँ कॉम्पैक्ट डिवाइस उन कामों को कर सकेंगी, जो कभी कमरे-भर के ऑप्टिकल सेटअपों के लिए आरक्षित थे। इससे उच्च-स्तरीय मापन और इमेजिंग टूल्स तक पहुंच उसी तरह बढ़ सकती है जैसे पहले सेमीकंडक्टर प्रगति ने कंप्यूटेशन तक पहुंच बढ़ाई थी।

• अध्ययन एक फोटोनिक चिप पर अल्ट्राफास्ट लेज़र प्रदर्शित करता है।
• रिपोर्टेड आउटपुट 1.05 नैनोजूल और 147-फेम्टोसेकंड पल्स तक पहुंचा।
• यह डिज़ाइन एक पहले से अनदेखी की गई लेज़र आर्किटेक्चर पर आधारित है।
• संभावित अनुप्रयोगों में डायग्नोस्टिक्स, इमेजिंग, निर्माण, और सूचना-प्रसंस्करण शामिल हैं।

फिलहाल, इस सफलता को एक अंतिम व्यावसायिक उत्पाद की बजाय एक सीमा-बिंदु के रूप में समझना बेहतर है। लेकिन उस क्षेत्र में, जहाँ आकार लंबे समय से व्यापक उपयोग की मुख्य बाधाओं में से एक रहा है, यह साबित करना कि एक अल्ट्राफास्ट लेज़र चिप पर विश्वसनीय रूप से काम कर सकता है, एक महत्वपूर्ण कदम है। यदि आगे का काम इस परिणाम को मजबूत उपकरणों में बदल सका, तो फोटोनिक सिस्टम छोटे, सस्ते और बहुत अधिक व्यापक रूप से तैनात किए जा सकेंगे।

यह लेख Live Science की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें.