குவாண்டம் ஒளி அதிவேக லேசர் செயல்முறைகளுக்கு 20 மடங்கு மேம்பாடு வழங்குகிறது

குவாண்டம் அதிர்வுகள் நடைமுறை ஆப்டிகல் நன்மையாக மாற்றப்படுகின்றன

சாதாரண laser light-க்கு பதிலாக quantum light-ஐ பயன்படுத்தி ultrafast laser processes-ஐ மிகவும் திறமையாக மாற்றும் ஒரு வழியை ஆராய்ச்சியாளர்கள் அறிமுகப்படுத்தியுள்ளனர். Nature-இல் விவரிக்கப்பட்ட பரிசோதனைகளில், Shanghai-யிலுள்ள East China Normal University-யைச் சேர்ந்த Jian Wu மற்றும் அவரது குழு bright squeezed vacuum, அல்லது BSV எனப்படும் ஒளி வடிவத்தைப் பயன்படுத்தி nonlinear laser process ஒன்றில் 20 மடங்கு மேம்பாட்டை பெற்றனர்.

இந்த முடிவு முக்கியமானது, ஏனெனில் nonlinear light-matter interactions பல உயர்நிலை optical tools-இன் மையமாக இருக்கின்றன. photons ஒன்றன்பின் ஒன்றாக உறிஞ்சப்படும் போது நிகழாத விளைவுகளை அவை ஏற்படுத்துகின்றன; அதில் பல photons ஏறத்தாழ ஒரே நேரத்தில் வரும் சூழ்நிலைகளில் சார்ந்த செயல்முறைகளும் அடங்கும். இவ்விளைவுகள் பயனுள்ளவை, ஆனால் பொதுவாக மிகவும் தீவிரமான laser pulses-ஐ தேவைப்படுத்துகின்றன. பிரச்சினை என்னவென்றால், intensity-ஐ அதிகரிப்பது ஆய்வு செய்யப்படும் பொருளை சேதப்படுத்தவோ அழிக்கவோ முடியும்.

இந்த புதிய வேலை அந்த எல்லையை தாண்டுவதற்கான வழியைக் காட்டுகிறது. target உடைந்து போகும் வரை average power-ஐ உயர்த்துவதற்குப் பதிலாக, ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒளியின் quantum statistics-ஐ பயன்படுத்தினர். Bright squeezed vacuum எந்த ஒரு தருணத்திலும் வரும் photons எண்ணிக்கையில் கடுமையான ஏற்ற இறக்கங்களை உருவாக்குகிறது; இதனால் உருவாகும் குறுகிய bursts average power ஒப்பீட்டளவில் மிதமாக இருந்தாலும் nonlinear effects-ஐ trigger செய்ய முடிகிறது.

Bright squeezed vacuum சமன்பாட்டை ஏன் மாற்றுகிறது

சாதாரண laser beams ஒப்பீட்டளவில் நிலைத்தவை. அவற்றின் photons கணிக்கக்கூடிய விகிதத்தில் வருகின்றன; இது control-க்கு பயனுள்ளதாக இருந்தாலும், ஒரு செயல்முறை குறுகிய, அடர்த்தியான photon surge-களை சார்ந்திருந்தால் குறைவான உதவியையே தரும். BSV வேறுபட்ட முறையில் செயல்படுகிறது. இதில் photon எண்ணிக்கையில் மிகுதியான ஏற்ற இறக்கங்கள் உள்ளன; அவை average power காட்டுவதைக் காட்டிலும் மிகவும் வலுவான illumination போலத் தோன்றும் குறுகிய கால நிலைகளை உருவாக்குகின்றன.

ஆய்வின் பின்னுள்ள conceptual breakthrough இதுதான். குழு வெறும் conventional sense-இல் laser system-ஐ மேம்படுத்தவில்லை. அது light source-இன் statistical character-ஐ மாற்றியது. அதன்மூலம், quantum optical properties-ஐ nonlinear processes-ஐ அதிக திறனுடன் இயக்கும் நடைமுறை engineering tool ஆக மாற்ற முடியும் என்பதை நிரூபித்தது.

இந்த யோசனையைச் சோதிக்க, ஆராய்ச்சியாளர்கள் sodium atoms-இல் tunneling ionization-ஐ கவனித்தனர். அந்த செயல்முறையில், intense light field ஒரு அணுவின் electric environment-ஐ இவ்வளவு அளவுக்கு மாற்றுகிறது, அதனால் ஒரு electron தப்பித்து வெளியேற முடியும். இது மிகுந்த nonlinear interaction-இன் ஒரு நிலையான உதாரணம்; பொதுவாக இதற்கு வலுவான fields தேவை. BSV-ஐ பயன்படுத்தி, அதே average power-இல் ordinary light-ஐவிட இந்த விளைவைக் குறிப்பிடத்தக்க வகையில் திறமையாக தூண்ட முடிந்தது.

குறைவான சேதம், அதிகப் பயன்படும் signal

20 மடங்கு மேம்பாடு பெரியது என்பதாலேயே மட்டுமல்ல, அது நடைமுறையில் என்ன அர்த்தம் தரும் என்பதாலும் முக்கியமானது. பல advanced optical techniques ஒரே வரம்பில் முடங்கிவிடுகின்றன: அதிக வலுவான pulses சிறந்த nonlinear responses-ஐ தருகின்றன, ஆனால் ஒரு கட்டத்தில் sample, device, அல்லது medium அந்த exposure-ஐத் தாங்க முடியாது. Average intensity-ஐ அதிகரிக்காமல் nonlinear output-ஐ காக்கவோ அதிகரிக்கவோ செய்யும் முறை, experiments மற்றும் applications இரண்டிற்கும் operating window-ஐ விரிவுபடுத்த முடியும்.

இது fragile materials உள்ள சூழல்களில் குறிப்பாகப் பயனுள்ளதாக இருக்கலாம். இந்த வேலைச் சுருக்கம் முழுமையான application map-ஐ வழங்கவில்லை, ஆனால் அடிப்படை கொள்கை பரவலாக ஈர்க்கக்கூடியது. குறைவான சேதம் தரும் illumination-இல் வலுவான nonlinear behavior-ஐ பெற முடிந்தால், ஆராய்ச்சியாளர்கள் நுணுக்கமான systems-ஐ ஆய்வு செய்யவும், குறைந்த tradeoffs-உடைய optical tools-ஐ வடிவமைக்கவும் இடைவெளியைப் பெறுகிறார்கள்.

இந்த வேலை quantum optics-க்கு வேறு வகையான பொருத்தத்தையும் அளிக்கிறது. Quantum light பெரும்பாலும் sensing, secure communications, அல்லது foundational physics ஆகியவற்றின் சூழலில் பேசப்படுகிறது. இங்கே அது பழக்கமான, நடைமுறை சார்ந்த ஒரு optical interaction-ஐ மேம்படுத்தப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த framing மாற்றம் முக்கியமானதாக இருக்கலாம். இது light-இன் quantum states அசாதாரண demonstration-களுக்கு மட்டுமல்ல, laboratory மற்றும் industrial photonics-ஐ மேம்படுத்தவும் பயன்பட முடியும் என்பதைக் காட்டுகிறது.

பௌதிக முடிவிலிருந்து platform technology-க்கு

என்றாலும், ஒரு striking experiment மற்றும் ஒரு mature platform என்பதற்கு இடையில் வேறுபாடு உள்ளது. ஆராய்ச்சியாளர்கள் இந்த effect மற்ற materials, wavelengths, மற்றும் nonlinear processes-களில் எவ்வளவு robust-ஆக உள்ளது என்பதைத் தீர்மானிக்க வேண்டும். மேலும் specialized research environments-ஐத் தாண்டி BSV-based systems-ஐ நிஜமான optical setups-இல் எவ்வளவு எளிதாக ஒருங்கிணைக்க முடியும் என்பதையும் காட்ட வேண்டும்.

அதன் பின்னரும், இந்த ஆய்வு தெளிவான proof point ஒன்றை வழங்குகிறது. பல ஆண்டுகளாக nonlinear optics-ஐ கட்டுப்படுத்தி வந்த வரம்பை ஒளியின் quantum nature தாண்ட முடியும் என்பதை இது காட்டுகிறது. Laser damage-ஐ வலுவான விளைவுகளுக்கான தவிர்க்க முடியாத விலையாக ஏற்றுக்கொள்வதற்குப் பதிலாக, குழு photon-number fluctuations-ஐ பயன்படுத்தி குறைந்த average power-இல் இருந்து அதிக செயல்திறனை பெற்றது.

அந்த கண்டுபிடிப்பு ஒரு ionization result-ஐ விட பெரியது. இது ultrafast photonics-க்கு வேறு design logic ஒன்றைச் சுட்டுகிறது; இங்கே ஒளியின் புள்ளியியல் ஒரு controllable resource ஆகிறது. இந்த யோசனை பொதுவாகப் பரவலாகப் பயன்பட்டால், high-field optics, ultrafast measurement, மற்றும் தீவிரமான ஆனால் துல்லியமான light-matter interactions-இல் சார்ந்த எந்த தொழில்நுட்பத்தையும் அது மாற்றக்கூடும்.

இப்போது headline நேரடியாக உள்ளது: ஒரு quantum light source, பொதுவாக சேதப்படுத்தும் intensity தேவைப்படும் nonlinear process-இல் 20 மடங்கு மேம்பாட்டை வழங்கியது. தொடர்ந்து கடுமையாகும் physical limits-ஐ நிர்வகிப்பதை மையமாகக் கொண்ட துறையில், இது உடனடி scientific weight உடைய முடிவாகும்.

இந்த கட்டுரை Phys.org செய்தியறிக்கையை அடிப்படையாகக் கொண்டது. மூல கட்டுரையைப் படிக்கவும்.