काठमाडौं — हार्वर्ड विश्वविद्यालयका भौतिकशास्त्रीहरूले मिड–इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रममा उज्यालो, अति छोटो पल्स उत्सर्जन गर्ने नयाँ लेजर–अन–चिप विकास गरेका छन्, जसले वातावरणीय निगरानी र चिकित्सकीय परीक्षणको प्रविधिमा ठूलो क्रान्ति ल्याउने अपेक्षा गरिएको छ।
हार्वर्ड जोन ए. पॉल्सन स्कूल अफ इन्जिनियरिङ एन्ड एप्लाइड साइन्सेस (SEAS) का वैज्ञानिक टोलीले तयार पारेको यो उपकरणले ठूला फोटोनिक प्रणालीहरूले दिने क्षमतालाई सानो चिपमा सीमित गरेको छ।
यो breakthrough प्रविधि quantum cascade laser र नयाँ फोटोनिक डिजाइनको संयोजन हो, जसले कुनै बाह्य उपकरणको आवश्यकता बिना नै उच्च क्षमता प्रदान गर्दछ।
नेचरमा प्रकाशित ऐतिहासिक उपलब्धि
अप्रिल १६ मा “नेचर” जर्नलमा प्रकाशित यस अध्ययनले पहिलो पटक अन–चिप आधारित पिकोसेकेन्ड मिड–इन्फ्रारेड लेजर पल्स जनरेटरको सफल परीक्षण देखाएको छ।
यस लेजरले अप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कम्ब उत्पन्न गर्न सक्छ — जसमा समान दूरीमा रहेका धेरै आवृत्तिहरू समेटिएका हुन्छन् — र जुन उच्च सटीकता आवश्यक पर्ने मापनहरूका लागि अत्यन्त उपयोगी हुन्छ।
यस प्रविधिले भविष्यमा वातावरणीय ग्यासहरूको विश्लेषण तथा चिकित्सकीय स्पेक्ट्रोस्कोपी उपकरणहरूमा नयाँ युगको सुरुवात गर्ने विश्वास गरिएको छ।
अन्तर्राष्ट्रिय टोली र सहयोग
अनुसन्धानको नेतृत्व SEAS का रबर्ट एल. वालेस एप्लाइड फिजिक्स प्रोफेसर तथा विंटन हायेस सिनियर रिसर्च फेलो फेडेरिको कापास्सोले गरेका हुन्।
यस परियोजनालाई नेशनल साइन्स फाउन्डेशन र डिपार्टमेन्ट अफ डिफेन्सले आर्थिक सहयोग गरेको थियो। यसमा भिएना युनिभर्सिटी अफ टेक्नोलोजी (TU Wien) स्थित श्वार्ज ग्रुप, इटालीको लुइजी ए. लुगियाटो नेतृत्वको टोली र लियोनार्डो डीआरएस डेलाइट सोलुसन्स अन्तर्गत टिमोथी डे को समूह पनि सहभागी थिए।
कापास्सो भन्छन्, “यो एक अत्यन्त रोमाञ्चक प्रविधि हो, जसले चिपमै नन–लिनियर फोटोनिक्स समेटेर मिड–इन्फ्रारेडमा अल्ट्राशर्ट पल्स उत्पादन गर्दछ। यस्तो प्रविधि पहिले कहिल्यै थिएन।”
“र, यस्तो उपकरण औद्योगिक लेजर फाउन्ड्रीहरूमा सामान्य सेमिकन्डक्टर निर्माण प्रविधिबाट सजिलै उत्पादन गर्न सकिनेछ।”
मिड–इन्फ्रारेडको महत्त्व
मिड–इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम दृश्य भन्दा बाहिरको तरङ्गदैर्ध्य क्षेत्र हो, जुन विशेषगरी वातावरणीय अनुप्रयोगहरूमा प्रयोग हुन्छ।
कार्बन डाइअक्साइड र मिथेन जस्ता ग्यासहरूले मिड–इन्फ्रारेड प्रकाशलाई प्रभावकारी रूपमा अवशोषण गर्ने भएकाले, यो स्पेक्ट्रम वातावरणीय ग्यासहरूको निगरानीका लागि अत्यन्त उपयुक्त मानिन्छ।
क्वान्टम क्यास्केड लेजर प्रविधि, जसलाई १९९० को दशकमा कापास्सोले विकास गरेका थिए, अहिले पनि यसको महत्वपूर्ण आधार हो।
नयाँ अनुसन्धानले एउटै चिपमा धेरै ग्यासहरूको अवशोषण चिन्हहरू पत्ता लगाउने व्यापक स्रोत उत्पादनको सम्भावना देखाएको छ।
सोलिटन र माइक्रोरेजोनटर प्रविधिको नवीन प्रयोग
नयाँ pulse generator ले नन–लिनियर इन्डिग्रेटेड फोटोनिक्स र इन्डिग्रेटेड लेजरको अवधारणालाई एकै साथ प्रयोग गरेर विशिष्ट प्रकारका पिकोसेकेन्ड सोलिटनहरू उत्पादन गर्दछ।
अनुसन्धान टोलीले चिप डिजाइन गर्दा केर रेजोनटर प्रविधिबाट प्रेरणा लिएका थिए।
“हामीले पारम्परिक मोड–लकिङ विधि प्रयोग नगरी नयाँ ढङ्गले pulse निर्माण गरेका हौँ,” MIT का स्नातक विद्यार्थी तथा सह–लेखक थियोडोर लेट्सुले भने।
तीन दशक पुरानो सिद्धान्तको पुनर्जागरण
यस अनुसन्धानमा १९८० को दशकमा प्रकाशित लुगियाटो–लेफेवर समीकरणलाई आधिकारिक रूपमा प्रयोग गरिएको छ।
इटालीको युनिभर्सिटी अफ इन्सुब्रिया का एमेरिटस प्रोफेसर लुइगी लुगियाटो भन्छन्, “हामीले प्रारम्भिक समीकरणलाई विविध cavities का सोलिटन फ्रिक्वेन्सी कम्बहरूका लागि एकीकृत ढाँचा बनाएका छौँ। अहिलेको परीक्षणले हाम्रो पूर्वानुमानलाई पुष्टि गरिदिएको छ।”
औद्योगिक उत्पादनका लागि तयार प्रविधि
नयाँ मिड–इन्फ्रारेड लेजरले घण्टौँसम्म स्थिर pulse उत्पादन गर्न सक्छ। अझ महत्त्वपूर्ण कुरा, यो प्रविधिलाई हालको औद्योगिक सेमिकन्डक्टर निर्माण प्रक्रियाबाट व्यापक रूपमा उत्पादन गर्न सकिन्छ।
चिपमा एउटा ड्राइभिंग लेजर, एउटा रिङ रेजोनटर र फिल्टरको रूपमा कार्य गर्ने दोस्रो सक्रिय रिङ रेजोनटर समावेश गरिएको छ। यी चिपहरू TU Wien मा निर्माण गरिएको हो।
लियोनार्डो डीआरएस डेलाइट सोलुसन्सका वरिष्ठ उपाध्यक्ष टिमोथी डे भन्छन्, “यो प्रविधिले मिड–इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपीको क्षेत्रमा नयाँ आयाम खोल्नेछ। वातावरणीय निगरानी, औद्योगिक प्रक्रिया नियन्त्रण, जीवन विज्ञान अनुसन्धान र स्वास्थ्य परीक्षणमा यसको ठूलो प्रभाव पर्नेछ।”
