যে লেজারগুলি তাদের ফ্রিকোয়েন্সি বিশুদ্ধতা বজায় রেখে ইচ্ছামত উচ্চ ক্ষমতার জন্য মাপযোগ্য হওয়া উচিত তা মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের গবেষকরা তৈরি করেছেন। তাদের উদ্ভাবন, যা গ্রাফিনের মতো ডিরাক সেমিকন্ডাক্টরে ইলেকট্রনের পদার্থবিদ্যার একটি অ্যানালগের উপর নির্ভর করে, লেজারের উদ্ভাবনের সময়কার একটি সমস্যার সমাধান করে। গবেষকরা বিশ্বাস করেন যে তাদের কাজ ম্যাক্রোস্কোপিক স্কেলে কোয়ান্টাম মেকানিক্সের মৌলিক তাত্ত্বিক আবিষ্কারগুলিকে অনুপ্রাণিত করতে পারে।
যেকোনো লেজারে মৌলিকভাবে দুটি অপরিহার্য উপাদান থাকে: একটি গহ্বর এবং একটি লাভের মাধ্যম - সাধারণত একটি অর্ধপরিবাহী, ব্যাখ্যা করে বউবাকার কান্তে ইউনিভার্সিটি অফ ক্যালিফোর্নিয়া, বার্কলে – একটি গবেষণাপত্রের সিনিয়র লেখক যা প্রদর্শিত হবে প্রকৃতি লেজারের বর্ণনা। "সেমিকন্ডাক্টর ফ্রিকোয়েন্সিগুলির একটি বিস্তৃত পরিসর নির্গত করে, এবং গহ্বরটি নির্বাচন করে যে লেসিং থ্রেশহোল্ডে পৌঁছানোর জন্য কোন ফ্রিকোয়েন্সি প্রশস্ত করা হবে।"
সমস্যা হল যে কোন গহ্বর একটি লেজারের একটি স্থল অবস্থা "মৌলিক" ফ্রিকোয়েন্সি সমর্থন করবে না, কিন্তু বেশ কিছু উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি উত্তেজিত অবস্থাও। লেজারের শক্তি বাড়ানোর জন্য গহ্বরটিকে আরও শক্তভাবে পাম্প করা অনিবার্যভাবে এই উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি অবস্থাগুলিকে লেসিং থ্রেশহোল্ডের দিকে উত্তেজিত করে। উচ্চ-শক্তির লেজারগুলির জন্য বড় গহ্বরের প্রয়োজন, তবে এগুলি ফ্রিকোয়েন্সিগুলির একটি ঘন বর্ণালীকে সমর্থন করে।
কেউ জানত না এটা নিয়ে কি করতে হবে
"যদি লাভ শুধুমাত্র মৌলিকের সাথে ওভারল্যাপ হয়, তবে শুধুমাত্র মৌলিকটি হ্রাস পাবে এবং লোকেরা কোনও সমস্যা ছাড়াই সর্বদা ন্যানোলাসার তৈরি করে," কান্তে বলেছেন। "কিন্তু যদি উচ্চ-অর্ডার মোড কাছাকাছি আসে, আপনি দুটির মধ্যে পার্থক্য করতে পারবেন না এবং তারা উভয়ই লস হবে৷ এটি একটি ছয় দশকের পুরানো সমস্যা: সবাই এটি জানে, এবং কেউ জানে না যে এটি সম্পর্কে কী করতে হবে।
এখন পর্যন্ত, যে. যদি মৌলিক গহ্বর মোড লাভের মাধ্যম থেকে সমস্ত শক্তি শোষণ করতে সক্ষম হয়, গবেষকরা যুক্তি দিয়েছিলেন, সমস্ত উচ্চ ক্রম মোড দমন করা হবে। একটি প্রচলিত লেজার গহ্বরের সমস্যা হল যে গহ্বরের কেন্দ্রে গ্রাউন্ড স্টেট ওয়েভফাংশন সর্বাধিক এবং প্রান্তের দিকে শূন্যে পড়ে। "যেকোনো পৃষ্ঠ নির্গত লেজারে, বা যে কোনো গহ্বর যা আমরা আজ অবধি জানি...প্রান্ত থেকে [মৌলিক কম্পাঙ্কে] কোনো লেসিং নেই," কান্তে ব্যাখ্যা করেন; “যদি প্রান্ত থেকে কোন লেসিং না থাকে, তাহলে সেখানে আপনার অনেক লাভ আছে। এবং এর কারণে দ্বিতীয়-ক্রম মোডটি প্রান্তে থাকে এবং খুব শীঘ্রই লেজারটি মাল্টিমোড হয়ে যায়।"
এই সমস্যাটি পেতে, কান্তে এবং সহকর্মীরা ফোটোনিক স্ফটিক ব্যবহার করেছিলেন। এগুলি পর্যায়ক্রমিক কাঠামো, যেগুলি ইলেকট্রনিক সেমিকন্ডাক্টরের মতো, "ব্যান্ড ফাঁক" থাকে - ফ্রিকোয়েন্সি যেখানে তারা অস্বচ্ছ। ইলেকট্রনিক্সের গ্রাফিনের মতো, ফোটোনিক স্ফটিকগুলি সাধারণত তাদের ব্যান্ড কাঠামোতে ডিরাক শঙ্কু ধারণ করে। এই ধরনের শঙ্কুর শীর্ষে রয়েছে ডিরাক বিন্দু, যেখানে ব্যান্ডের ফাঁক বন্ধ হয়ে যায়।
ষড়ভুজ ফোটোনিক স্ফটিক
গবেষকরা একটি ষড়ভুজাকার ফোটোনিক স্ফটিক জালিযুক্ত একটি লেজার গহ্বর ডিজাইন করেছেন যা কিনারায় খোলা ছিল, ফোটনগুলিকে স্ফটিকের চারপাশে স্থানটিতে ফুটো করতে দেয়, যার অর্থ তরঙ্গক্রিয়াটি তার প্রান্তে শূন্যের মধ্যে সীমাবদ্ধ ছিল না। ফোটোনিক স্ফটিক শূন্য গতিতে একটি ডিরাক বিন্দু ছিল। যেহেতু ভরবেগ তরঙ্গ ভেক্টরের সমানুপাতিক, তাই প্লেনে তরঙ্গ ভেক্টর ছিল শূন্য। এর মানে হল যে গহ্বরটি প্রকৃতপক্ষে একটি মোডকে সমর্থন করেছিল যা সমস্ত জালি জুড়ে একক মূল্যবান ছিল। এই মোডের শক্তিতে গহ্বরটিকে পাম্প করা হলে, গহ্বরটি যত বড়ই হোক না কেন, কোনও শক্তি কখনও অন্য কোনও মোডে যায় না। "ফোটনের কোনো ইন-প্লেন ভরবেগ নেই, তাই কেবলমাত্র এটি উল্লম্বভাবে পালানোর জন্য বাকি আছে," কান্তে ব্যাখ্যা করেন।
গবেষকরা 19, 35 এবং 51 ছিদ্র সমন্বিত গহ্বর তৈরি করেছেন: "যখন আপনি ডিরাক ফ্রিকোয়েন্সি সিঙ্গুলারিটিতে পাম্প করছেন না তখন আপনি একাধিক শিখরে পড়ে থাকতে দেখেন," কান্ত বলেছেন। "ডিরাক সিঙ্গুলারিটিতে, এটি কখনই মাল্টিমোড হয়ে যায় না। ফ্ল্যাট মোড উচ্চ অর্ডার মোডগুলির জন্য লাভ সরিয়ে দেয়।" তাত্ত্বিক মডেলিং পরামর্শ দেয় যে নকশাটি লক্ষ লক্ষ গর্তযুক্ত গহ্বরের জন্যও কাজ করা উচিত।
টপোলজিক্যাল উৎস উচ্চ এবং একাধিক অরবিটাল কৌণিক মোমেন্টা সহ আলো নির্গত করে
ভবিষ্যতে, কান্তে বিশ্বাস করেন যে তার দল দ্বারা বিকশিত ধারণাগুলি ইলেকট্রনিক্সে এবং সাধারণভাবে ম্যাক্রোস্কোপিক জগতের কোয়ান্টাম মেকানিক্সের মাপযোগ্যতার ক্ষেত্রে প্রভাব ফেলতে পারে। "কোয়ান্টাম বিজ্ঞানের সমস্ত চ্যালেঞ্জ হল স্কেলিং," তিনি বলেছেন। "লোকেরা সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিট, আটকে পড়া পরমাণু, স্ফটিকগুলির ত্রুটি নিয়ে কাজ করছে... একমাত্র জিনিস যা তারা করতে চায় তা হল স্কেল। আমার দাবি হল এটি শ্রোডিঙ্গার সমীকরণের মৌলিক প্রকৃতির সাথে সম্পর্কিত: যখন সিস্টেমটি বন্ধ থাকে, তখন এটি স্কেল করে না; আপনি যদি সিস্টেমটি স্কেল করতে চান তবে সিস্টেমের ক্ষতি হওয়া দরকার,” তিনি বলেছেন।
লিয়াং ফেং ইউনিভার্সিটি অফ পেনসিলভানিয়া যোগ করে, "একক-মোড ব্রড-এরিয়া লেজার হল সেমিকন্ডাক্টর লেজার সম্প্রদায়ের দ্বারা সক্রিয়ভাবে অনুসরণ করা পবিত্র গ্রেইলগুলির মধ্যে একটি, এবং মাপযোগ্যতা হল সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ যোগ্যতা"। “[কান্তের কাজ] মানুষ যা খুঁজছে তা প্রদর্শন করে এবং এটি চমৎকার পরীক্ষামূলক ফলাফল দ্বারা সমর্থিত ব্যতিক্রমী মাপযোগ্যতা প্রদর্শন করে। স্পষ্টতই অপটিক্যালি পাম্প করা লেজারে প্রদর্শিত এই কৌশলটিকে কার্যকরী বৈদ্যুতিকভাবে ইনজেকশনযুক্ত ডায়োড লেজারে রূপান্তরিত করার জন্য আরও কাজ করা দরকার, কিন্তু আমরা আশা করতে পারি যে এই কাজটি একটি নতুন প্রজন্মের উচ্চ-পারফরম্যান্স লেজারকে অনুপ্রাণিত করবে যা একাধিক গেম পরিবর্তনকারী শিল্পকে উপকৃত করবে। ভার্চুয়াল এবং অগমেন্টেড রিয়েলিটি সিস্টেম, LiDAR, প্রতিরক্ষা এবং আরও অনেকগুলি যেখানে লেজারগুলি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।"
দলটি তার ডিভাইসটিকে বার্কলে সারফেস এমিটিং লেজার (বার্কএসইএল) ডাব করেছে এবং একটিতে এটি বর্ণনা করেছে তাদের কাগজের অসম্পাদিত পূর্বরূপ সংস্করণ যে বর্তমানে উপলব্ধ প্রকৃতি ওয়েবসাইট.
