क्वांटम प्रकाशाने अल्ट्राफास्ट लेझर प्रक्रियांना 20 पट वाढ दिली

क्वांटम fluctuationsना व्यावहारिक optical फायद्यात रूपांतरित केले जात आहे

संशोधकांनी ordinary laser light ऐवजी quantum light वापरून ultrafast laser processes अधिक कार्यक्षम करण्याचा मार्ग नोंदवला आहे. Nature मध्ये वर्णन केलेल्या प्रयोगांमध्ये, शांघायमधील East China Normal University येथील Jian Wu आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी bright squeezed vacuum, किंवा BSV, या प्रकाशप्रकाराचा वापर करून nonlinear laser process मध्ये 20 पट वाढ मिळवली.

हा परिणाम महत्त्वाचा आहे, कारण nonlinear light-matter interactions अनेक high-end optical tools च्या केंद्रस्थानी असतात. ते असे परिणाम निर्माण करतात जे photons एकेक करून शोषले गेल्यावर होत नाहीत, ज्यात अनेक photons जवळजवळ एकाच वेळी येण्यावर अवलंबून असलेल्या प्रक्रियांचाही समावेश असतो. हे परिणाम उपयुक्त आहेत, पण त्यांना सहसा अत्यंत तीव्र laser pulses लागतात. अडचण अशी की intensity वाढवल्यास अभ्यासल्या जाणाऱ्या पदार्थाचे नुकसान होऊ शकते किंवा तो नष्टही होऊ शकतो.

हे नवीन काम त्या मर्यादेतून बाहेर पडण्याचा मार्ग देते. target मोडेपर्यंत average power वाढवण्याऐवजी, संशोधकांनी प्रकाशाच्या quantum statistics चा फायदा घेतला. Bright squeezed vacuum कोणत्याही क्षणी येणाऱ्या photons च्या संख्येत तीव्र चढउतार निर्माण करतो, ज्यामुळे average power तुलनेने मध्यम असतानाही nonlinear effects trigger करणारे लहान, तीव्र bursts तयार होतात.

Bright squeezed vacuum समीकरण का बदलतो

साधारण laser beams तुलनेने स्थिर असतात. त्यांचे photons अधिक अंदाजे दराने येतात, जे control साठी उपयुक्त असते, पण एखादी प्रक्रिया लहान, दाट photon surge वर अवलंबून असेल तर ते कमी उपयोगाचे ठरते. BSV वेगळ्या प्रकारे वागतो. त्यात photon संख्येत तीव्र चढउतार असतात, आणि ते average power सूचित करते त्यापेक्षा अधिक शक्तिशाली illumination सारख्या अल्पकालीन परिस्थिती निर्माण करतात.

अभ्यासामागील conceptual breakthrough हेच आहे. पथकाने केवळ conventional अर्थाने laser system सुधारले नाही. त्याने प्रकाश स्रोताचा statistical character बदलला. असे करून त्यांनी दाखवले की quantum optical properties nonlinear processes अधिक कार्यक्षमपणे चालवण्यासाठी एक व्यावहारिक engineering tool बनू शकतात.

या कल्पनेची चाचणी घेण्यासाठी, संशोधकांनी sodium atoms मधील tunneling ionization वर लक्ष केंद्रित केले. या प्रक्रियेत, एक तीव्र प्रकाशक्षेत्र अणूभोवतीचे electric environment इतके विकृत करते की एक electron बाहेर पडू शकतो. हे अत्यंत nonlinear interaction चे एक मानक उदाहरण आहे आणि सामान्यतः त्यासाठी मजबूत fields लागतात. BSV वापरून पथकाला ordinary light सारख्या average power वर हा परिणाम अधिक प्रभावीपणे trigger करता आला.

कमी नुकसान, अधिक उपयोगी signal

20 पट सुधारणा केवळ मोठी आहे म्हणूनच नाही, तर तिचा व्यावहारिक अर्थ काय असू शकतो यामुळेही महत्त्वाची आहे. अनेक advanced optical techniques एकाच मर्यादेवर थांबतात: अधिक मजबूत pulses चांगले nonlinear responses देतात, पण एका टप्प्यानंतर sample, device, किंवा medium exposure सहन करू शकत नाही. average intensity वाढवण्याची गरज न पडता nonlinear output टिकवणारी किंवा वाढवणारी पद्धत experiments आणि applications दोन्हीसाठी operating window रुंद करू शकते.

हे fragile materials असलेल्या ठिकाणी विशेषतः उपयुक्त ठरू शकते. कामाच्या सारांशात संपूर्ण application map दिलेला नाही, पण मूळ तत्त्व व्यापकपणे आकर्षक आहे. कमी विध्वंसक illumination सह अधिक मजबूत nonlinear behavior मिळाल्यास, संशोधकांना अधिक नाजूक systems चा अभ्यास करण्यासाठी आणि कमी tradeoffs असलेली optical tools डिझाइन करण्यासाठी जागा मिळते.

हे काम quantum optics ला वेगळ्या प्रकारची उपयुक्तताही देते. Quantum light ला अनेकदा sensing, secure communications, किंवा foundational physics संदर्भात पाहिले जाते. येथे त्याचा वापर एक परिचित आणि व्यावहारिक optical interaction सुधारण्यासाठी केला जात आहे. हा framing बदल महत्त्वाचा ठरू शकतो. तो सूचित करतो की प्रकाशाच्या quantum states केवळ exotic demonstrations साठीच नव्हे, तर अधिक चांगल्या laboratory आणि industrial photonics साठीही उपयोगी पडू शकतात.

भौतिकशास्त्रीय परिणामापासून platform technology पर्यंत

तरीही, एक striking experiment आणि एक mature platform यात फरक आहे. संशोधकांना हा effect इतर materials, wavelengths, आणि nonlinear processes वर किती robust आहे ते तपासावे लागेल. तसेच specialized research environments बाहेर BSV-based systems किती सहजपणे प्रत्यक्ष optical setups मध्ये समाकलित करता येतात हेही दाखवावे लागेल.

तरीदेखील, या अभ्यासाने स्पष्ट proof point दिला आहे. प्रकाशाचे quantum nature nonlinear optics वर वर्षानुवर्षे लादलेली मर्यादा पार करू शकते, हे यातून दिसून येते. अधिक शक्तिशाली परिणामांसाठी laser damage ही अपरिहार्य किंमत मानण्याऐवजी, पथकाने photon-number fluctuations वापरून कमी average power मधून अधिक performance मिळवले.

ही निष्पत्ती एका ionization result पेक्षा मोठी आहे. ती ultrafast photonics साठी वेगळ्या design logic कडे निर्देश करते, जिथे प्रकाशाची statistics एक controllable resource बनते. ही कल्पना व्यापकपणे लागू झाली, तर ती high-field optics, ultrafast measurement, आणि तीव्र पण अचूक light-matter interactions वर अवलंबून असलेल्या कोणत्याही तंत्रज्ञानाला बदलू शकते.

सध्या headline अगदी सरळ आहे: एक quantum light source ने सामान्यतः damaging intensity लागणाऱ्या nonlinear process मध्ये 20 पट वाढ दिली. सतत कठोर होत जाणाऱ्या physical limits चे व्यवस्थापन केंद्रस्थानी असलेल्या क्षेत्रात, हा तात्काळ वैज्ञानिक वजन असलेला परिणाम आहे.

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