EPFL ने एक फेम्टोसेकंद लेझर photonic chip वर बसवला

दोन दशकांचे photonics ध्येय अखेर आवाक्यात येऊ शकते

EPFL संशोधकांचे म्हणणे आहे की त्यांनी पारंपरिक tabletop femtosecond lasers च्या कामगिरीशी जुळणारा पहिला integrated ultrafast laser तयार केला आहे. Nature मध्ये नोंदवलेला हा device photonic chip वरून थेट 1.05 nanojoules pulse energy आणि 147 femtoseconds इतक्या लहान pulse durations निर्माण करतो.

ही आकडेवारी प्रयोगशाळेबाहेरही टिकून राहिली, तर integrated photonics साठी हा मोठा वळणबिंदू ठरू शकतो. वीस वर्षांहून अधिक काळ chip वर high-pulse-energy femtosecond lasers हा एक प्रकारचा holy grail मानला जात होता: स्पष्टपणे उपयुक्त, सिद्धांततः शक्य, पण प्रत्यक्षात सतत हाताबाहेर.

ultrafast lasers का महत्त्वाचे आहेत

Ultrafast lasers आधुनिक optics मधील अत्यावश्यक साधने आहेत, कारण ती अतिशय लहान light pulses तयार करतात. अशा pulses manufacturing, surgery, spectroscopy आणि frequency-comb systems मध्ये अत्यंत अचूक अनुप्रयोग शक्य करतात, ज्यात optical atomic clocks देखील आहेत, जे आतापर्यंतच्या सर्वात अचूक timekeeping technologies चा आधार आहेत.

समस्या size आणि cost होती. पारंपरिक femtosecond systems बहुतेकदा मोठ्या optical tables व्यापतात आणि गुंतागुंतीची alignments तसेच विशेष वातावरणाची गरज भासते. त्यामुळे त्यांचा वापर कुठे करता येईल आणि कोण प्रत्यक्षात वापरू शकेल, हे मर्यादित झाले.

एक chip-scale पर्याय हे समीकरण बदलतो. शक्तिशाली ultrafast lasers जर telecommunications hardware मध्ये photonic components प्रमाणे तयार आणि एकत्रित करता आले, तर ही तंत्रज्ञान अधिक लहान, स्वस्त आणि सुलभ होऊ शकते.

ज्या दुर्लक्षित architecture मुळे हे शक्य झाले

दिलेल्या स्रोत मजकुरानुसार, Tobias J. Kippenberg यांच्या नेतृत्वाखालील EPFL टीमने Mamyshev oscillator architecture स्वीकारले, जे integrated photonics मध्ये तुलनेने कमी लक्ष मिळालेले डिझाइन होते. या प्रणालीत दोन optical filters दरम्यान एक nonlinear waveguide ठेवला जातो, जे spectrum चे वेगवेगळे भाग पास करतात. एक intense pulse waveguide मधून गेल्यावर त्याचे spectrum रुंदावते, ज्यामुळे filters ultrafast pulse formation आकार देऊ आणि स्थिर करू शकतात.

या निवडीचे महत्त्व फक्त इतकेच नाही की ते काम झाले; तर हेही की अडथळा केवळ material किंवा manufacturing-संबंधित नव्हता, असा संकेत यातून मिळतो. कधी कधी दीर्घकाळचा प्रश्न सुटत नाही, कारण field चुकीच्या design space कडे पाहत असते. EPFL चा परिणाम सूचित करतो की integrated photonics ने high-energy femtosecond operation साठी विशेषतः प्रभावी मार्ग दुर्लक्षित केला असावा.

Kippenberg यांनी chip-based निकालाला field ने एक “holy grail” मानले होते असे वर्णन केले. ही भाषा दाखवते की आव्हान किती मध्यवर्ती होते. अनेक photonic technologies chip वर यशस्वीरित्या लहान झाल्या आहेत, पण ultrafast, high-energy pulse generation सर्वात कठीण रूपांतरणांपैकी एक राहिले.

यातून काय उघडू शकते

दिलेल्या सामग्रीत उल्लेख केलेल्या संभाव्य अनुप्रयोगांमध्ये medical diagnostics पासून atomic clocks पर्यंतचा विस्तार आहे. ही उदाहरणे व्यापक परिणामाकडे इशारा करतात: जेव्हा उच्च-कार्यक्षमता optical tool chip-scale बनते, तेव्हा ती विशेष संशोधन अवसंरचनेतून प्रत्यक्ष वापरयोग्य प्रणालींकडे जाऊ शकते.

हे किमान तीन प्रकारे महत्त्वाचे आहे. पहिले, compactness मुळे table-sized lasers सामावू न शकणाऱ्या instruments मध्ये integration करणे सोपे होते. दुसरे, manufacturability खर्च कमी करू शकते आणि reproducibility सुधारू शकते. तिसरे, on-chip compatibility ultrafast light generation ला इतर photonic functions सोबत अधिक tightly integrated devices मध्ये एकत्र करण्याची शक्यता निर्माण करते.

प्रत्यक्षात, याचा परिणाम sensing, communications, precision measurement आणि portable scientific instrumentation वर होऊ शकतो. सर्व tabletop systems नाहीशी होणार नाहीत, पण femtosecond-grade कामगिरी उपलब्ध असलेली वातावरणे झपाट्याने वाढू शकतात.

integrated photonics साठी एक मैलाचा दगड

Photonic chips आधीच telecommunications मध्ये मोठी भूमिका बजावतात, जिथे waveguides प्रकाशाला electronic circuits current प्रमाणे मार्गदर्शन करतात. ultrafast laser generation पर्यंत ही miniaturization logic वाढवणे हे स्पष्ट ध्येय होते, पण स्पष्ट ध्येये अनेकदा सर्वात कठीण ठरतात कारण त्यांना केवळ सोय नाही तर कामगिरीही हवी असते.

EPFL टीमचा दावा महत्त्वाचा आहे, कारण तो फक्त laser chip वर बसवण्याबद्दल नाही. तो असा बसवण्याबद्दल आहे की जेणेकरून स्थापित femtosecond systems च्या कामगिरीशी तो जुळेल. हाच फरक एका उपयुक्त demo आणि field-changing platform यांना वेगळे करतो.

अजूनही landmark paper आणि mass-deployed product यामध्ये फरक आहे. packaging, reliability, manufacturing yield आणि system integration पुढे महत्त्वाचे ठरतील. पण इथे नोंदवलेला परिणाम सूचित करतो की optics च्या सर्वात शक्तिशाली साधनांपैकी एकाला chip-scale format मध्ये संकुचित करण्याचा दीर्घ प्रयत्न एका अर्थपूर्ण टप्प्यापलीकडे गेला आहे.

हे का वेगळे ठरते

• या device ने ऑन चिप 1.05 nanojoules pulse energy आणि 147-femtosecond pulses मिळवली असे सांगितले जाते.
• हे काम Nature मध्ये प्रकाशित झाले आहे आणि integrated photonics मधील दीर्घकालीन ध्येयावर लक्ष केंद्रित करते.
• टीमने या उद्देशासाठी तुलनेने दुर्लक्षित Mamyshev oscillator architecture वापरले.
• संभाव्य अनुप्रयोगांमध्ये diagnostics, precision metrology आणि optical clock systems यांचा समावेश आहे.

हा लेख Science Daily च्या रिपोर्टिंगवर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.