আল্ট্রাভায়োলেট ডুয়াল-কম্ব স্পেকট্রোস্কোপি সিস্টেম একক ফোটন গণনা করে – ফিজিক্স ওয়ার্ল্ড

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultraviolet-dual-comb-spectroscopy-system-counts-single-photons-physics-world.jpg" data-caption="How it works: the top frequency comb is passed through a sample of interest and then into a beamsplitter. The bottom frequency comb operates at a slightly different pulse repetition frequency and is combined with the top comb in the beamsplitter. Photons in the combined beam are counted by a detector. (Courtesy: Bingxin Xu এট আল/প্রকৃতি/ CC BY 4.0 DEED)” title=”পপআপে ছবি খুলতে ক্লিক করুন” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultraviolet-dual-comb-spectroscopy-system-counts- single-photons-physics-world.jpg”>

ডুয়াল-কম্ব স্পেকট্রোস্কোপি - শোষণ স্পেকট্রোস্কোপি যা দুটি ফ্রিকোয়েন্সি কম্বের মধ্যে হস্তক্ষেপ ব্যবহার করে - একক ফোটন ব্যবহার করে অতিবেগুনী তরঙ্গদৈর্ঘ্যে সঞ্চালিত হয়েছে। কাজটি ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্যে কৌশলটি ব্যবহার করতে পারে, যেখানে উচ্চ-শক্তির চিরুনি লেজারগুলি অনুপলব্ধ। কৌশলটি নতুন অ্যাপ্লিকেশনও খুঁজে পেতে পারে।

21 শতকের ভোরে তাদের আবিষ্কারের পর থেকে, ফ্রিকোয়েন্সি কম্বগুলি আলোকবিদ্যায় গুরুত্বপূর্ণ হাতিয়ার হয়ে উঠেছে। ফলে, থিওডর হ্যানশ জার্মানির কোয়ান্টাম অপটিক্সের জন্য ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক ইনস্টিটিউট এবং জন হল ইউএস ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট ফর স্ট্যান্ডার্ডস অ্যান্ড টেকনোলজি তাদের উদ্ভাবনের জন্য 2005 সালের নোবেল পুরস্কার ভাগ করে নিয়েছে। একটি ফ্রিকোয়েন্সি চিরুনিতে সংক্ষিপ্ত, পর্যায়ক্রমিক আলোর ডাল থাকে যা নিয়মিত ফ্রিকোয়েন্সি ব্যবধানে তীব্রতার শিখর সহ আলোর একটি খুব বিস্তৃত বর্ণালী ধারণ করে - একটি চিরুনির দাঁতের মতো। এই ধরনের বর্ণালী বিশেষভাবে উপযোগী যখনই একটি সুনির্দিষ্টভাবে সংজ্ঞায়িত ফ্রিকোয়েন্সিতে আলোর প্রয়োজন হয়, যেমন পারমাণবিক ঘড়ি বা বর্ণালীবীক্ষণে।

ঐতিহ্যগত স্পেকট্রোস্কোপিতে, একটি ফ্রিকোয়েন্সি চিরুনি একটি "অপটিক্যাল শাসক" হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে যখন অন্য লেজারের সাথে একটি নমুনা পরীক্ষা করা হয়। "আপনার কাছে একটি ক্রমাগত-তরঙ্গ [CW] লেজার রয়েছে যা আপনি বিশ্লেষণ করতে চান এমন নমুনার সাথে ইন্টারঅ্যাক্ট করে এবং আপনি এই CW লেজারের পরম ফ্রিকোয়েন্সি পরিমাপ করতে চান," ব্যাখ্যা করে নাথালি পিকে ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক ইনস্টিটিউট অফ কোয়ান্টাম অপটিক্সের। “এবং এর জন্য আপনি ফ্রিকোয়েন্সি চিরুনি দিয়ে লেজারকে বীট করেন। তাই ফ্রিকোয়েন্সি কম্ব আপনাকে যেকোনো ফ্রিকোয়েন্সি পরিমাপ করার সম্ভাবনা দেয় কিন্তু একটি নির্দিষ্ট সময়ে আপনি শুধুমাত্র একটি পরিমাপ করেন।"

তীব্রতা পরিবর্তন

বিপরীতে, ডুয়াল-কম্ব স্পেকট্রোস্কোপি ফ্রিকোয়েন্সি কম্ব থেকে ব্রডব্যান্ড আলোতে নমুনাকে প্রকাশ করে। ইনপুট যেমন ব্রডব্যান্ড, আউটপুটও ব্রডব্যান্ড। যাইহোক, নমুনার মধ্য দিয়ে যাওয়া আলো একটি ইন্টারফেরোমিটারে সামান্য ভিন্ন পুনরাবৃত্তি ফ্রিকোয়েন্সি সহ দ্বিতীয় কম্পাঙ্কের চিরুনি থেকে আলোর সাথে মিলিত হয়। ইন্টারফেরোমিটার থেকে উদ্ভূত আলোর পরিবর্তনের তীব্রতা রেকর্ড করা হয় (চিত্র দেখুন)।

যদি নমুনাটি প্রথম ফ্রিকোয়েন্সি কম্বের সাথে ইন্টারঅ্যাক্ট না করে থাকে - পর্যায়ক্রমিক তীব্রতার পরিবর্তন কেবল চিরুনিগুলির মধ্যে পুনরাবৃত্তি ফ্রিকোয়েন্সির পার্থক্যকে প্রতিফলিত করে। যাইহোক, যদি নমুনা চিরুনি থেকে আলো শোষণ করে তবে এটি তীব্রতা মডুলেশনের আকৃতিকে পরিবর্তন করে। শোষিত ফ্রিকোয়েন্সিগুলি এই অস্থায়ী হস্তক্ষেপ প্যাটার্নের একটি ফুরিয়ার রূপান্তর থেকে পুনরুদ্ধার করা যেতে পারে।

ডুয়াল-কম্ব স্পেকট্রোস্কোপি ইনফ্রারেড ফ্রিকোয়েন্সিতে খুব সফল হয়েছে। উচ্চতর ফ্রিকোয়েন্সিতে কৌশল ব্যবহার করা, তবে, সমস্যাযুক্ত। "কোনও অতি দ্রুত লেজার নেই যা সরাসরি অতিবেগুনী অঞ্চলে নির্গত হয়," পিকে ব্যাখ্যা করেন, "তাই আপনাকে নন-লিনিয়ার ফ্রিকোয়েন্সি রূপান্তর ব্যবহার করতে হবে, এবং আপনি যত বেশি অতিবেগুনীতে যেতে চান, অ-রৈখিক ফ্রিকোয়েন্সি রূপান্তরের আরও ধাপগুলি তোমার দরকার." নন-লিনিয়ার ফ্রিকোয়েন্সি আপ-কনভার্সন খুবই অকার্যকর, তাই প্রতিটি পর্যায়ে পাওয়ার কমে যায়।

কম শক্তি সমাধান

এখনও অবধি, বেশিরভাগ গবেষক আগত ইনফ্রারেড লেজারে শক্তি বাড়ানোর দিকে মনোনিবেশ করেছেন। "আপনি উচ্চ ক্ষমতার লেজার, অনেক শব্দ এবং একটি অত্যন্ত ব্যয়বহুল সিস্টেমের সাথে একটি খুব চ্যালেঞ্জিং পরীক্ষা আছে," Picque বলেছেন৷ নতুন গবেষণায়, তাই Picqué, Hänsch এবং কোয়ান্টাম অপটিক্সের জন্য ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক ইনস্টিটিউটের সহকর্মীরা অনেক কম শক্তির অনুরোধের সাথে একটি সিস্টেম তৈরি করেছেন।

গবেষকরা দুটি ইনফ্রারেড চিরুনিকে দুবার রূপান্তরিত করেছেন, প্রথমে একটি লিথিয়াম নিওবেট ক্রিস্টাল এবং তারপর বিসমাথ ট্রাইবোরেটে। ফলস্বরূপ অতিবেগুনী চিরুনিগুলি সর্বাধিক 50 পিডব্লিউ এর গড় অপটিক্যাল শক্তি তৈরি করেছে। গবেষকরা এর মধ্যে একটি উত্তপ্ত সিজিয়াম গ্যাসের কোষের মাধ্যমে পাস করেছিলেন, অন্যটি সরাসরি ইন্টারফেরোমিটারে পাঠানো হয়েছিল। ইন্টারফেরোমিটারের একটি বাহু একটি একক ফোটন কাউন্টারে পাঠানো হয়েছিল। "সত্যিই খুব কম গণনা আছে," Picque বলেছেন; "আপনি যদি একটি স্ক্যান করেন তবে সংকেতটি কিছুর মতো দেখায় না।" যাইহোক, তারা তখন ঠিক একই স্ক্যান বারবার পুনরাবৃত্তি করে। "যখন আমরা 100,000 বা প্রায় এক মিলিয়ন বার স্ক্যান পুনরাবৃত্তি করি তখন আমরা আমাদের টাইম ডোমেন হস্তক্ষেপ সংকেত পাই, যা আমরা যে সংকেত খুঁজছি।"

প্রায় 150 সেকেন্ড স্ক্যানিং সময়ের মধ্যে, গবেষকরা সিজিয়ামে দুটি পারমাণবিক রূপান্তর সমাধান করতে পারে যার একই রকম ফ্রিকোয়েন্সি রয়েছে, প্রায় 200 এর সংকেত-থেকে-শব্দ অনুপাত। তারা হাইপারফাইন মিথস্ক্রিয়া দ্বারা সৃষ্ট ট্রানজিশনগুলির একটির বিভাজনও পর্যবেক্ষণ করতে পারে। .

"খুব কম আলোর স্তরে কাজ করার ধারণাটি খুব বিপরীত, " Picque বলেছেন। "আমরা দেখাই যে কৌশলটি অপটিক্যাল শক্তির সাথে কাজ করতে পারে যা আগে ব্যবহার করা হয়েছে তার চেয়ে এক মিলিয়ন গুণ দুর্বল।" তারা এখন ভ্যাকুয়াম আল্ট্রাভায়োলেটে আরও ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের দিকে ঠেলে দেওয়ার আশা করছে। অতিবেগুনী স্পেকট্রোস্কোপি ছাড়াও, খুব কম শক্তিতে ডুয়াল-কম্ব স্পেকট্রোস্কোপি ব্যবহার করার ক্ষমতা অন্যান্য বিভিন্ন পরিস্থিতিতে কার্যকর প্রমাণিত হতে পারে, Picque ব্যাখ্যা করেন, যেমন যেখানে নমুনাগুলি বিকিরণ ক্ষতির ঝুঁকিতে থাকে।

দ্বৈত চিরুনি বিশেষজ্ঞ জেসন জোন্স অ্যারিজোনা ইউনিভার্সিটির, যিনি ভ্যাকুয়াম আল্ট্রাভায়োলেটে বহুদূর পর্যন্ত পরীক্ষা করেন তিনি ম্যাক্স প্ল্যাঙ্কের কাজ সম্পর্কে উত্সাহী। "আপনি অতিবেগুনীতে যতই দূরে যান না কেন, এটি যেভাবে তৈরি হয় তার কারণে আপনার কাছে সর্বদা কিছু ন্যূনতম পরিমাণ আলো থাকবে, তাই আপনি যদি কম আলো ব্যবহার করতে পারেন তবে আপনি সর্বদা গভীরে যেতে সক্ষম হবেন," তিনি বলেছেন। "একক ফোটন ব্যবহার করতে সক্ষম হওয়া এবং এখনও ভাল সিগন্যাল-টু-নয়েজ স্পেকট্রোস্কোপিক ফলাফল পাওয়া তার জন্য তাৎপর্যপূর্ণ।"

গবেষণায় বর্ণনা করা হয়েছে প্রকৃতি.

• এসইও চালিত বিষয়বস্তু এবং পিআর বিতরণ। আজই পরিবর্ধিত পান।
• PlatoData.Network উল্লম্ব জেনারেটিভ Ai. নিজেকে ক্ষমতায়িত করুন। এখানে প্রবেশ করুন.
• প্লেটোএআইস্ট্রিম। Web3 ইন্টেলিজেন্স। জ্ঞান প্রসারিত. এখানে প্রবেশ করুন.
• প্লেটোইএসজি। কার্বন, ক্লিনটেক, শক্তি, পরিবেশ সৌর, বর্জ্য ব্যবস্থাপনা. এখানে প্রবেশ করুন.
• প্লেটো হেলথ। বায়োটেক এবং ক্লিনিক্যাল ট্রায়াল ইন্টেলিজেন্স। এখানে প্রবেশ করুন.
• উত্স: https://physicsworld.com/a/ultraviolet-dual-comb-spectroscopy-system-counts-single-photons/