आज के कई सबसे पेचीदा प्रयोगों के लिए आवश्यक लेजर तरंग दैर्ध्य, विशेष रूप से दृश्यमान सीमा के भीतर, छोटे फोटोनिक एकीकृत सर्किट (पीआईसी) के स्रोत के लिए एक चुनौती है। लेकिन यूएस नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड्स एंड टेक्नोलॉजी (एनआईएसटी) के फोटोनिक्स शोधकर्ता और ऑक्टेव फोटोनिक्स के सहकर्मी इस तरंग दैर्ध्य एक्सेस मुद्दे के समाधान का नेतृत्व कर रहे हैं और ऑप्टिकल स्विचिंग, रूटिंग और फ़िल्टरिंग का समर्थन करने के लिए विभिन्न फोटोनिक कार्यों को एकजुट करने की चुनौतियों का भी समाधान कर रहे हैं।
आज एक सामान्य दृष्टिकोण इन विभिन्न कार्यों को सक्षम करने और जहां वे मौजूद हैं, वहां ताकत का लाभ उठाने के प्रयास के लिए विभिन्न फोटोनिक्स सामग्रियों को संयोजित करना है, लेकिन कोई भी एकल सामग्री नए अनुप्रयोगों के क्षेत्र के लिए वांछित सभी पैमानों पर ऐसा नहीं कर सकती है।
एनआईएसटी के क्वांटम और नॉनलाइनियर नैनोफोटोनिक्स ग्रुप के भौतिक विज्ञानी ग्रांट एम. ब्रोडनिक कहते हैं, "हमारा काम मौजूदा फोटोनिक प्रौद्योगिकियों के साथ सीधे संगतता के साथ 'किसी भी तरंग दैर्ध्य लेजर' को प्राप्त करने के ऊंचे लक्ष्य से प्रेरित था।" "और हमने फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब्स और सुपरकॉन्टिनम जेनरेशन जैसी अन्य कार्यक्षमताओं का प्रदर्शन किया, क्योंकि प्लेटफ़ॉर्म सीधे उनका समर्थन करता है। ये क्षमताएं कई महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं।"
धन्यवाद, नॉनलीनियर ऑप्टिक्स
कृत्रिम बुद्धिमत्ता (एआई) और क्वांटम अनुप्रयोगों की मांग की गति तक पहुंचने के लिए, इलेक्ट्रॉनों से फोटॉन में बदलाव महत्वपूर्ण है {{0}और चिपस्केल "किसी भी तरंग दैर्ध्य" लेजर भी महत्वपूर्ण है।
टीम के नए दृष्टिकोण का संक्षिप्त विवरण: यह सिलिकॉन डाइऑक्साइड (ग्लास) और लिथियम नाइओबेट के साथ लेपित एक मानक सिलिकॉन वेफर से शुरू होता है, जो एक गैर-रेखीय सामग्री है जो इसमें प्रवेश करने वाले प्रकाश के रंग को बदल सकती है। धातु जोड़ने से लिथियम नाइओबेट को प्रकाश के एक रंग को दूसरे रंग में परिवर्तित करने के लिए विद्युत रूप से डायल किया जा सकता है। समान धातु लिथियम नाइओबेट इंटरफेस प्रकाश को तेजी से चालू/बंद करने की अनुमति दे सकता है (उच्च गति रूटिंग और डेटा प्रोसेसिंग के बारे में सोचें)।
टैंटलम पेंटोक्साइड, उर्फ टैंटला के जटिल पैटर्न को सीधे अन्य फोटोनिक सर्किटरी के ऊपर जमा करने से बहुमुखी फोटोनिक प्लेटफार्मों को एक साथ संचालित करने की अनुमति मिलती है। टैंटला एक मजबूत अरेखीय सामग्री है और दृश्यमान तरंग दैर्ध्य संचालन के लिए उपयुक्त है। ब्रोडनिक कहते हैं, "गंभीर रूप से, इसमें आकर्षक भौतिक गुण (इसके निर्माण से संबंधित) हैं जो इसे अन्य फोटोनिक सामग्रियों के साथ सीधे एकीकरण के लिए उपयुक्त बनाते हैं।"
जब शोधकर्ताओं ने 3डी स्टैक में सामग्रियों को एक-दूसरे के ऊपर पैटर्न बनाया, तो उन्हें एक एकल चिप मिली जो परतों के बीच प्रकाश को कुशलतापूर्वक प्रवाहित करती है। यह चिप टेंटाला की प्रकाश हेरफेर क्षमताओं को लिथियम नाइओबेट की नियंत्रणीयता के साथ जोड़ती है।
ब्रोडनिक बताते हैं कि नॉनलाइनियर ऑप्टिक्स अब "नहीं {{0} तो - गुप्त सॉस" भौतिकी है जिसका उपयोग वे "हमारे द्वारा डाले गए एकल रंग से प्रकाश के पूरी तरह से नए रंग बनाने के लिए करते हैं।" "यदि आप कैमरे से तस्वीर लेते हैं, तो आप लेंस से गुजरते समय छवि के रंग बदलने की उम्मीद नहीं करते हैं। लेकिन लेज़रों द्वारा प्रदान की गई उच्च ऑप्टिकल शक्तियों पर गैर-रेखीय सामग्रियों के साथ, बिल्कुल वैसा ही होता है। यह टेबलटॉप स्केल लेज़रों को शक्ति देने वाली एक प्रमुख तकनीक है जो आज कई कस्टम रंग बनाती है। हम इन तकनीकों का उपयोग करते हैं, लेकिन चावल के दाने के आकार से छोटे उपकरणों के भीतर फोटोनिक सर्किटरी के साथ।"
ब्रोडनिक के लिए इस काम का सबसे अच्छा पहलू यह है कि "इनपुट लाइट (जो हमारी आंखों के लिए अदृश्य है) को परिवर्तित करने से हमारे उपकरणों से प्रकाश के नए, अक्सर चमकदार रंग निकलते हैं," वे कहते हैं। "प्रयोगशाला में, जब एक चिप परीक्षण के चरण में होती है, हम धीरे-धीरे ऑपरेशन मापदंडों को डायल करते हैं और, चिप पर तेजी से चमकने वाला नीला हरा रंग चमकने लगता है। अगले डिवाइस पर, हम इसे नीला बैंगनी बना देते हैं। यह थोड़ा जादू जैसा लगता है।"
ब्रोडनिक कहते हैं, उनका काम "नींव तैयार करता है और मंच की क्षमता को प्रदर्शित करता है।" "हम निश्चित रूप से मौजूदा डिज़ाइनों के प्रदर्शन को अनुकूलित करने के लिए काम करेंगे, लेकिन प्लेटफ़ॉर्म नई कार्यक्षमता और डिज़ाइन नॉब्स को अनलॉक करता है जिन्हें हम तलाशने के लिए उत्साहित हैं।"
कई अनुप्रयोग जिनमें परमाणु संक्रमणों के साथ इंटरफेसिंग शामिल है, {{0}क्वांटम सेंसिंग और कंप्यूटिंग के लिए {{1}दृश्यमान और निकट अवरक्त तरंगबैंडों तक फैली तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश की आवश्यकता होती है। ब्रोडनिक कहते हैं, "ऐसे एप्लिकेशन जिन्हें प्रकाश को तेजी से रूट करने और चालू/बंद करने की आवश्यकता होती है, जैसे ऑप्टिकल डेटा प्रोसेसिंग और कंप्यूटिंग, सामग्री द्वारा प्रदान की जाने वाली अन्य भौतिकी कार्यक्षमताओं का लाभ उठाकर प्लेटफ़ॉर्म से लाभ उठा सकते हैं।" "उपभोक्ता प्रदर्शन तकनीक शायद एक अन्य अनुप्रयोग है। निश्चित रूप से कई और भी हैं जिनके बारे में हमने सोचा भी नहीं है, जिन पर अब वैज्ञानिक समुदाय द्वारा विचार और विकास किया जा सकता है।"
ब्रोडनिक कहते हैं, "टीम के पास कुछ रोमांचक फोटोनिक आर्किटेक्चर हैं जो वर्तमान में डिजाइन चरणों में हैं, जिसके लिए हमारे प्लेटफ़ॉर्म द्वारा समर्थित क्षमताओं की पूरी मेजबानी की आवश्यकता होती है।" "हम सहकर्मियों और अन्य शोधकर्ताओं के साथ सहयोग करने के लिए भी उत्साहित हैं जो हमारे लिए नए विचार और अनुप्रयोग ला रहे हैं जिन पर शायद हमने विचार नहीं किया है या जिन्हें आगे बढ़ाने के लिए साझा विशेषज्ञता की आवश्यकता नहीं है। रोमांचक समय।"
