प्रोग्रामेबल ‘व्हर्च्युअल’ मेटासर्फेस प्रगत इमेजिंगला वेग देऊ शकते

स्थिर नॅनोसंरचनांपासून प्रोग्रामेबल ऑप्टिक्सकडे एक बदल

नॉटिंघम ट्रेंट विद्यापीठातील शास्त्रज्ञांनी त्यांनी “व्हर्च्युअल” मेटासर्फेस असे वर्णन केलेल्या तंत्राचे प्रात्यक्षिक दाखवले आहे. हे प्रकाशाला आकार देणारे व्यासपीठ आहे, जे भौतिक मेटासर्फेसशी संबंधित अनेक कामे करण्यासाठी डिझाइन केलेले आहे, परंतु त्यांच्या एका मुख्य मर्यादेला टाळते: एकदा बांधले गेल्यावर, पारंपरिक संरचना त्या काय करतात ते सहज बदलू शकत नाहीत.

Advanced Photonics Nexus मध्ये प्रकाशित आणि Phys.org ने अहवाल दिलेल्या या कामाचा केंद्रबिंदू एक प्रोग्रामेबल ऑप्टिकल दृष्टिकोन आहे, जो अतिपातळ पदार्थात बसवलेल्या लहान अभियांत्रिक कणांवर अवलंबून राहण्याऐवजी सपाट पृष्ठभागावर द्विमितीय नमुन्यांची नक्कल करतो. संशोधकांचे म्हणणे आहे की ही लवचिकता मेटासर्फेससदृश कार्यक्षमता प्रत्यक्ष उपकरणे आणि उत्पादन प्रणालींमध्ये अधिक व्यवहार्य बनवू शकते.

मेटासर्फेसनी लक्ष वेधून घेतले आहे कारण लहान प्रमाणावर पारंपरिक ऑप्टिकल घटकांना जमत नाही अशा प्रकारे ते प्रकाश हाताळू शकतात. ते प्रकाश वाकवू, केंद्रित करू, वळवू किंवा त्याचा रंग बदलू शकतात, आणि तेही मानवी केसांपेक्षा अनेक पटीने पातळ संरचनांमध्ये. त्यामुळे संक्षिप्त प्रणालींमध्ये जड लेन्स, आरसे आणि फिल्टर्सच्या जागी ते आकर्षक पर्याय ठरतात.

परंतु पारंपरिक मेटासर्फेससोबत एक अंतर्निहित तडजोड असते. त्यांचे परिमाण आणि साहित्य निर्मिती दरम्यान निश्चित केले जाते. एकदा भौतिक मेटासर्फेस तयार झाला की, त्याचे ऑप्टिकल वर्तन प्रत्यक्षात स्थिर होते. आवश्यक कार्य क्षणोक्षणी बदलत असेल, किंवा एकाच व्यासपीठाने अनेक कामे करायची असतील अशा ठिकाणी ही मर्यादा उपयुक्तता कमी करू शकते.

व्हर्च्युअल दृष्टिकोन कसा काम करतो

नवीन प्रणाली पिक्सेलनुसार प्रकाश नियंत्रित करू शकणाऱ्या स्पेशल लाइट मॉड्युलेटरचा वापर करते. कायमस्वरूपी बनवलेल्या नॅनोस्केल नमुन्यातून किंवा त्यावरून प्रकाश पाठवण्याऐवजी, हे सेटअप ऑप्टिकल नमुने आभासी पद्धतीने तयार करते आणि अतिशय उच्च वेगाने त्यांच्यात बदल करू शकते. स्रोत मजकुरानुसार, हे बदल डोळ्याच्या पापणीपेक्षाही जलद होतात.

तो वेग या दाव्याच्या केंद्रस्थानी आहे. प्रोग्रामेबल व्यासपीठ तेव्हाच खरोखर उपयुक्त ठरते जेव्हा ते व्यावहारिक वापरासाठी पुरेशा वेगाने जुळवून घेऊ शकते. या प्रकरणात, संशोधकांचे म्हणणे आहे की मॉड्युलेटर-चालित दृष्टिकोन एकाच उपकरणाला अनेक ऑप्टिकल भूमिका निभावू देतो, फक्त ते ज्या नमुन्याची निर्मिती किंवा अंमलबजावणी करते तो बदलून. एका क्षणी ते लेन्ससारखे वागू शकते, दुसऱ्या क्षणी रंग मिसळू शकते, आणि पुढच्या क्षणी अन्यथा अदृश्य असणारे इन्फ्रारेड संकेत दृश्यमान आउटपुटमध्ये रूपांतरित करण्यात मदत करू शकते.

मुळात, या प्रणालीचे मूल्य असे नाही की ती आतापर्यंत बनवलेल्या प्रत्येक भौतिक मेटासर्फेसपेक्षा एकच ऑप्टिकल काम अधिक चांगले करते. त्याचे मूल्य असे आहे की प्रत्येक कामासाठी वेगळा तयार केलेला घटक न लागता, ती मागणीनुसार विविध कामे करू शकते. आकार, लवचिकता, वेग आणि उत्पादन जटिलता हे सर्व एकाच वेळी महत्त्वाचे असतील तेव्हा हा फरक महत्त्वाचा ठरतो.

ट्युनिंग क्षमता का महत्त्वाची आहे

संशोधकांचा युक्तिवाद आहे की मेटासर्फेसना प्रयोगशाळेतून व्यापक वापराकडे जायचे असेल तर ट्युनिंग क्षमता आवश्यक आहे. हा मुद्दा महत्त्वाचा आहे कारण मेटासर्फेसबाबतचा उत्साह मोठ्या प्रमाणात सूक्ष्म ऑप्टिकल हार्डवेअरसाठी त्यांच्या आश्वासनाशी जोडलेला आहे, परंतु मोठ्या प्रमाणावर अंमलबजावणी अनेकदा या गोष्टीवर अवलंबून असते की तंत्रज्ञान महागड्या पुनर्निर्मितीशिवाय वेगवेगळ्या परिस्थिती आणि वापरप्रकरणांशी जुळवून घेऊ शकते का.

एक स्थिर ऑप्टिकल घटक अरुंदपणे ठरवलेल्या भूमिकेत उत्तम कामगिरी करू शकतो. एक ट्युन करता येणारा ऑप्टिकल घटक अनेक भूमिका समर्थ करू शकतो, हार्डवेअरची पुनरावृत्ती कमी करू शकतो, आणि संपूर्ण ऑप्टिकल स्टॅकचे पुनर्रचना न करता सॉफ्टवेअर किंवा नियंत्रण तर्काद्वारे प्रणाली अद्ययावत करू देऊ शकतो. संघाची मांडणी सूचित करते की व्हर्च्युअल मेटासर्फेस उच्च-कार्यक्षम ऑप्टिकल संशोधन आणि अधिक लवचिक, उत्पादनाभिमुख फोटॉनिक व्यासपीठांमध्ये एक पूल ठरू शकतात.

याचा अर्थ असा नाही की हे तंत्रज्ञान आज उत्पादनासाठी तयार आहे. स्रोत मजकूर स्पष्टपणे नमूद करतो की आणखी संशोधन आणि विकास आवश्यक असेल. तरीही, ही संकल्पना भौतिक मेटासर्फेसच्या प्रत्यक्ष-जगातील उपयोगावर मर्यादा घालणारा एक महत्त्वाचा अडथळा दूर करते: निर्मितीनंतर त्यांचे गतिशील पुनर्रचना न होणे.

संभाव्य उपयोग इमेजिंग, सेन्सिंग आणि टेलिकॉमपर्यंत पसरतात

संभाव्य वापरांची यादी विस्तृत आहे. संशोधक म्हणतात की व्हर्च्युअल दृष्टिकोन इमेजिंग आणि मायक्रोस्कोपी, क्वांटम फोटॉनिक्स, सेन्सिंग, बीम स्टीअरिंग, सेमिकंडक्टर उत्पादन, दूरसंचार आणि होलोग्राफीमध्ये लाभदायक ठरू शकतो. ही व्याप्ती पुरावा म्हणून नव्हे, तर संभाव्यता म्हणून पाहिली पाहिजे; तरीही, प्रगत तंत्रज्ञानांमध्ये प्रकाश नियंत्रण किती मूलभूत आहे हे ती दाखवते.

इमेजिंग आणि मायक्रोस्कोपीमध्ये, असा सिस्टम जो फोकस पटकन बदलू शकतो किंवा वेगवेगळ्या तरंगलांबी कशा हाताळायच्या ते जुळवू शकतो, तो पारंपरिक ऑप्टिक्सच्या मोठ्या संचाची गरज न पडता लवचिकता वाढवू शकतो. सेन्सिंगमध्ये, विशिष्ट संकेत प्रोग्रामेबल पद्धतीने हाताळणे एका उपकरणाला एकाच लक्ष्याची किंवा वातावरणाची अनेक मोडमध्ये तपासणी करू देते. बीम स्टीअरिंग आणि दूरसंचारात, प्रकाशाला गतिशीलपणे वळवण्याची किंवा पुन्हा आकार देण्याची क्षमता ही कार्यक्षमता आणि प्रणालीच्या अनुकूलतेशी थेट जोडलेली आहे.

क्वांटम फोटॉनिक्स हे आणखी एक महत्त्वाचे क्षेत्र आहे, कारण अनेक क्वांटम प्रणाली फोटॉन्स आणि ऑप्टिकल मार्गांवर अचूक नियंत्रणावर अवलंबून असतात. त्वरीत आणि अचूकपणे पुन्हा कॉन्फिगर करता येणारे कोणतेही व्यासपीठ प्रायोगिक किंवा संकरित व्यावसायिक सेटिंग्जमध्ये आकर्षक ठरू शकते, بشرते ते स्थिरता आणि आवाजाच्या गरजा पूर्ण करू शकेल.

अदृश्य इन्फ्रारेड प्रकाशावर केंद्रित एक प्रात्यक्षिक

अभ्यासात, संशोधकांनी या व्यासपीठाचा वापर करून अदृश्य इन्फ्रारेड संकेतांना दृश्य नमुन्यांमध्ये रूपांतरित करून संकल्पनेचे प्रात्यक्षिक केले. हे उदाहरण उपयुक्त आहे कारण ते दाखवते की तंत्रज्ञान केवळ एका परिचित लेन्सिंग परिणामाची पुनरावृत्ती करत नाही. हे प्रोग्रामेबल प्रकाश-हाताळणीचे व्यापक वचन अधोरेखित करते, विशेषतः जिथे तरंगलांबी रूपांतरण किंवा संकेत अनुवाद अशी माहिती उघड करू शकतो जी अन्यथा नजरेपासून दूर राहिली असती.

इन्फ्रारेड ते दृश्यमान रूपांतरणाचे इमेजिंग, तपासणी आणि सेन्सिंगमध्ये स्पष्ट परिणाम आहेत. जरी दिलेला मजकूर कार्यक्षमता परिमाणित करत नाही किंवा विशिष्ट विद्यमान प्रणालींशी तुलना करत नाही, तरीही तो हे स्पष्ट करतो की संघ व्हर्च्युअल मेटासर्फेसना केवळ सैद्धांतिक संकल्पना नसून एक व्यवहार्य ऑप्टिकल साधन म्हणून सादर करत आहे.

मोठा निष्कर्ष असा की हे क्षेत्र सॉफ्टवेअर-परिभाषित ऑप्टिक्सकडे वाटचाल करू शकते, जिथे एखाद्या पृष्ठभागाचे उपयुक्त वर्तन निर्मितीवेळी निश्चित न राहता, चालू अवस्थेत गतिशीलपणे अद्ययावत होईल. ही दिशा कायम राहिली तर मेटासर्फेस स्थिर घटकांपेक्षा प्रोग्रामेबल व्यासपीठांसारखे बनू शकतात. संक्षिप्त इमेजिंग प्रणाली, फोटॉनिक साधने आणि अनुकूलनीय ऑप्टिकल हार्डवेअर विकसित करणाऱ्यांसाठी, हा घटक क्षमतेइतकाच डिझाइन तत्त्वज्ञानातही एक अर्थपूर्ण बदल असेल.

सध्या, हे काम एक संशोधन निष्कर्ष आहे. पण असा निष्कर्ष आहे जो पुढचा मार्ग स्पष्ट करतो: अधिक विशिष्ट स्थिर नॅनोसंरचना कशा तयार करायच्या हे विचारण्याऐवजी, संशोधक अधिकाधिक विचारू शकतात की ऑप्टिकल वर्तनाला वेगाने पुन्हा प्रोग्रामेबल कसे करायचे. म्हणूनच नॉटिंघम ट्रेंट संघ या प्रगतीला संभाव्य गेम-चेंजर मानतो. ही झेप केवळ पातळ ऑप्टिक्सची नाही. ती सतत आपला निर्णय बदलू शकणाऱ्या ऑप्टिक्सची आहे.

हा लेख Phys.org च्या अहवालावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.