यह समझा जाता है कि एक नए प्रकार का उपकरण जिसे टोपोलॉजिकल लेज़र कहा जाता है, पारंपरिक लेज़रों की तुलना में अधिक कुशलता से प्रकाश उत्सर्जित कर सकता है। अब, वैज्ञानिकों ने पहला विद्युत-चालित टोपोलॉजी लेजर बनाया है जो कमरे के तापमान पर काम करता है, जिसका उपयोग दूरसंचार के क्षेत्र में किया जा सकता है।
टोपोलॉजी गणित की एक शाखा है जो अध्ययन करती है कि आकृति के कौन से पहलू विरूपण से बच सकते हैं। उदाहरण के लिए, रिंग के आकार की कोई वस्तु कप के आकार में विकृत हो सकती है, और रिंग में छेद कप के हैंडल में छेद बनाता है। हालाँकि, इस वस्तु को मौलिक रूप से भिन्न, गैर-छिद्रपूर्ण आकार में नहीं बदला जा सकता है।
टोपोलॉजी के परिप्रेक्ष्य का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने 2007 में पहला इलेक्ट्रॉनिक टोपोलॉजिकल इंसुलेटर विकसित किया। यह इंसुलेटर आंतरिक रूप से अछूता और बाहरी रूप से प्रवाहकीय है। इन सामग्रियों के किनारों या सतहों के साथ चलने वाले इलेक्ट्रॉन किसी भी हस्तक्षेप का दृढ़ता से विरोध करते हैं जो उनके प्रवाह को बदल सकते हैं, और उन्हें "टोपोलॉजिकल रूप से संरक्षित" कहा जाता है।
वैज्ञानिकों ने तब फोटोनिक टोपोलॉजिकल इंसुलेटर तैयार किए, जिसमें प्रकाश समान रूप से संरक्षित होता है। इन सामग्रियों की संरचना में नियमित परिवर्तन होते हैं, जिससे एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य का प्रकाश उनके बाहरी हिस्से में बहता है, और कोनों और दोषों पर भी कोई बिखराव या नुकसान नहीं होता है।
अगला कदम लेज़रों को विकसित करना है जिसमें टोपोलॉजिकल सुरक्षा शामिल है। इस प्रकार का टोपोलॉजिकल लेजर अवांछित तरंग दैर्ध्य का उत्पादन करके ऊर्जा बर्बाद करने के बजाय केवल एक वांछित तरंग दैर्ध्य के प्रकाश को प्रभावी ढंग से उत्पन्न कर सकता है। इसके अलावा, "वे निर्माण या संचालन के दौरान होने वाले दोषों के प्रति बहुत संवेदनशील नहीं हैं", जिसका अर्थ है कि भले ही उनके पास दोष हों, वे इस तरह के शुद्ध प्रकाश का उत्पादन करेंगे, लॉस में दक्षिणी कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी मेरेडेह खजाविखान ने कहा। एंजिल्स। इसलिए, टोपोलॉजिकल लेजर उत्पादन प्रक्रिया में उच्च उत्पादन और अधिक शक्तिशाली प्रदर्शन देख सकते हैं।
हालांकि, पहले टोपोलॉजी लेजर को काम करने के लिए उत्साहित करने के लिए बाहरी लेजर की आवश्यकता होती है, जो व्यावहारिक अनुप्रयोगों को सीमित करता है। हाल ही में, वैज्ञानिकों ने विद्युत चालित टोपोलॉजिकल लेज़र विकसित किए हैं, लेकिन इन लेज़रों को कम तापमान -264 डिग्री की आवश्यकता होती है, जो उनके अनुप्रयोगों को भी सीमित करता है।
दक्षिणी कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, खाजाविखान में अध्ययन के प्रमुख लेखक जे-ह्यूक चोई और अन्य सहयोगियों ने पहला विद्युत पंप वाला कमरा-तापमान टोपोलॉजिकल लेजर विकसित किया है। उन्होंने नेचर कम्युनिकेशंस के 8 जून के अंक में अपने निष्कर्षों को विस्तृत किया।
नए डिवाइस में 10×10 रिंग नेटवर्क होता है, प्रत्येक रिंग 30 माइक्रोन चौड़ा होता है। ये वलय लगभग 5 माइक्रोन चौड़े छोटे आयताकार वलय द्वारा एक दूसरे से जुड़े होते हैं। ये सभी छल्ले सैंडविच संरचनाएं हैं जो बहुपरत अर्धचालकों से बनी हैं, जैसे कि इंडियम गैलियम आर्सेनाइड, इंडियम फॉस्फाइड और इंडियम गैलियम इंडियम आर्सेनाइड।
पारंपरिक लेजर में केवल एक गुंजयमान गुहा होता है जो प्रकाश ऊर्जा को संग्रहीत करता है, ताकि यह लेजर प्रकाश उत्पन्न कर सके। एक लेज़र की आउटपुट पावर बढ़ाने का एक तरीका यह है कि इसे एक बड़ा कैविटी दी जाए, लेकिन इससे लेज़र एक के बजाय कई फ़्रीक्वेंसी का उत्सर्जन करेगा। खजाविखान ने कहा कि यह नया टोपोलॉजी लेजर अपने 10×10 रिंग ग्रिड का उपयोग कई युग्मित अनुनादक के रूप में करता है, "ठीक उसी तरह जैसे कई कमरों वाला घर बनाना" शुद्ध एकल-तरंग दैर्ध्य प्रकाश को उत्सर्जित करने में मदद करता है।
जब सरणी के किनारे पर इलेक्ट्रोड को विद्युत रूप से ग्रिड में पंप किया जाता है, तो प्रभामंडल 1.5 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य के साथ लेजर प्रकाश उत्पन्न करता है, जो ऑप्टिकल फाइबर संचार में सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली तरंग दैर्ध्य है। छल्लों का आकार और ज्यामिति, छल्लों के बीच का स्थान, और अर्धचालक परतों की विशिष्ट मोटाई और संरचना यह सुनिश्चित करने में मदद करती है कि लेजर में प्रकाश स्थलीय रूप से संरक्षित है।
टोपोलॉजिकल प्रोटेक्शन लेज़र को काम करने में मदद करता है, भले ही कुछ छल्ले खो जाएँ। डिवाइस की टोपोलॉजी यह सुनिश्चित करने में भी मदद करती है कि यह जो प्रकाश उत्सर्जित करता है वह लगभग सभी आवश्यक तरंग दैर्ध्य है - एक समान सरणी, रिंग का स्थान थोड़ा अलग है, इसलिए टोपोलॉजी अलग है, और यह कई अलग-अलग तरंग दैर्ध्य से बना कम प्रकाश का उत्सर्जन करता है। . शुद्ध स्पेक्ट्रम।
खजाविखान ने कहा, "टोपोलॉजिकल फोटोनिक्स ने कई रेज़ोनेटरों के इंटरकनेक्शन के लिए नए और बेहतर कार्यों को महसूस करना संभव बना दिया है।" "सोशल मीडिया से लेकर जैविक पारिस्थितिकी तंत्र तक, कनेक्टिविटी नेटवर्क के कार्यों को निर्धारित करती है, सफलता और लचीलेपन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।"
