থিন-ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেটের উপর ভিত্তি করে বিশ্বের প্রথম আল্ট্রাফাস্ট মোড-লকড লেজার তৈরি করা হয়েছে, এবং পাতলা-ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেট ইন্টিগ্রেটেড অপটিক্স দ্রুত এগিয়ে চলেছে

সম্প্রতি, নিউ ইয়র্কের সিটি ইউনিভার্সিটি থেকে কিউ-শি গুও এবং ক্যালিফোর্নিয়া ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজির আলিরেজা মারান্ডির দল সায়েন্স জার্নালে "ন্যানোফোটোনিক লিথিয়াম নিওবেটে আল্ট্রাফাস্ট মোড-লকড লেজার" শিরোনামে একটি নিবন্ধ প্রকাশ করেছে। "দলটি চতুরতার সাথে III-V সেমিকন্ডাক্টরগুলির উচ্চ লেজার লাভকে পাতলা-ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেটের চমৎকার ইলেক্ট্রো-অপটিক্যাল বৈশিষ্ট্যের সাথে একত্রিত করেছে এবং হাইব্রিড ইন্টিগ্রেশনের মাধ্যমে একটি উচ্চ শিখর পালস পাওয়ার সহ একটি বৈদ্যুতিকভাবে পাম্প করা মোড-লকড লেজার তৈরি করেছে, যার পুনরাবৃত্তি রয়েছে। 10 GHz এর ফ্রিকোয়েন্সি 1065 nm এর কাছাকাছি, একটি অপটিক্যাল পালস প্রস্থ 4.8 ps, 5 pJ এর বেশি একটি পালস শক্তি এবং 0.5 pJ এর বেশি pJ, এবং সর্বোচ্চ শক্তি 0.5 ওয়াটের বেশি শক্তি। তাছাড়া, এর লেজারের আউটপুট পালস শক্তি এবং সর্বোচ্চ শক্তি ন্যানোফোটোনিক্স প্ল্যাটফর্মের অধীনে মোড-লকড লেজারের সর্বোচ্চ স্তরে পৌঁছেছে।

লিথিয়াম নিওবেট স্ফটিক উপাদান একটি বিরল কৃত্রিম স্ফটিক উপাদান যা পাইজোইলেকট্রিক, ইলেক্ট্রো-অপটিক্যাল, অ্যাকোস্টো-অপটিক, ফটোইলাস্টিক, ননলাইনার, ফটোরিফ্র্যাক্টিভ এবং লেজার-অ্যাকটিভ ইফেক্ট ইত্যাদিকে একত্রিত করে। একসাথে স্থিতিশীল যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য, সহজ প্রক্রিয়াকরণ, উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধের সুবিধার সাথে , জারা প্রতিরোধের, প্রচুর কাঁচামালের উত্স, কম দাম, এবং বড় স্ফটিকগুলিতে বেড়ে ওঠার জন্য সহজ, বিশেষ করে বিভিন্ন ডোপান্ট প্রয়োগ করার পরে বিভিন্ন বিশেষ বৈশিষ্ট্য দেখাতে পারে, এটি এখন পর্যন্ত আবিষ্কৃত সবচেয়ে ব্যাপক এবং ব্যাপক ফটোনিক্স বৈশিষ্ট্য। . এটি সবচেয়ে ফোটোনিক বৈশিষ্ট্য সহ স্ফটিক এবং এখন পর্যন্ত মানুষের দ্বারা আবিষ্কৃত সর্বোত্তম বিস্তৃত সূচক, এবং এর একটি খুব বিস্তৃত বাজার প্রয়োগের সম্ভাবনা রয়েছে। অতএব, এটি ফটোনিক যুগে "অপটিক্যাল সিলিকন" উপাদান হিসাবেও পরিচিত, এবং উচ্চ-কার্যকারিতা ফিল্টার, ইলেক্ট্রো-অপটিক্যাল ডিভাইস, হলোগ্রাফিক স্টোরেজ, 3D হলোগ্রাফিক ডিসপ্লে, ননলাইনার অপটিক্যাল ডিভাইস এবং অপটিক্যাল কোয়ান্টাম যোগাযোগে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।
মোড-লকড লেজারগুলি পিকোসেকেন্ড এবং ফেমটোসেকেন্ড টাইম স্কেলে তীব্র, সুসঙ্গত, আল্ট্রাশর্ট অপটিক্যাল পালস তৈরি করতে সক্ষম এবং এইভাবে চরম অরৈখিক অপটিক্স, অপটিক্যাল পারমাণবিক ঘড়ি, অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সি ঝুঁটি, বায়োইম-এর মতো অত্যাধুনিক ক্ষেত্রগুলিতে প্রয়োগগুলি উপলব্ধি করতে পারে। এবং ফোটোনিক কম্পিউটিং। যাইহোক, বর্তমান প্রচলিত মোড-লকড লেজারগুলির উচ্চ মূল্য, উচ্চ শক্তি খরচ এবং বড় আকারের অসুবিধা রয়েছে এবং লিথিয়াম নিওবেট ন্যানোফোটোনিক প্ল্যাটফর্মগুলির সাথে III-V সেমিকন্ডাক্টরের ভিন্নধর্মী একীকরণের উপর ভিত্তি করে মোড-লকড লেজারগুলি উচ্চ আউটপুট পাওয়ার অর্জন করবে বলে আশা করা হচ্ছে। এবং উচ্চতর টিউনেবিলিটি, তাই সম্পর্কিত প্রযুক্তিগুলি গবেষকদের কাছ থেকে ব্যাপক মনোযোগ আকর্ষণ করেছে।

মোড-লকড লেজারের ক্ষেত্রে প্রযুক্তিগত বাধার দিকে লক্ষ্য রেখে, গবেষণা দল একটি III-V গেইন মিডিয়াম এবং একটি লিথিয়াম নিওবেট ফেজ মডুলেটরকে একীভূত করে ঐতিহ্যগত মোড-লকড লেজারের আকারের সীমাবদ্ধতা ভেঙ্গেছে এবং মোড-লকড লেজারগুলি উপলব্ধি করেছে। চিপ স্তরে আকার সঙ্কুচিত করার সময় চমৎকার কর্মক্ষমতা সহ।
মোড-লকড লেজারগুলিকে দুটি প্রক্রিয়ায় ভাগ করা যায়: প্যাসিভ মোড-লকিং এবং সক্রিয় মোড-লকিং। নীচের চিত্র (A) তে দেখানো হয়েছে, লেজারের সক্রিয় মোড-লকিং উপলব্ধি করার জন্য, লেখক লেজারের অনুরণন গহ্বরের ভিতরে পাতলা-ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেটের উপর ভিত্তি করে একটি ইলেক্ট্রো-অপ্টিক ফেজ মডুলেটর যুক্ত করেছেন; যেহেতু ইলেক্ট্রো-অপ্টিক প্রভাবের অধীনে লিথিয়াম নিওবেটের প্রতিসরাঙ্ক সূচক পর্যায়ক্রমে পরিবর্তিত হয়, যার ফলে অপটিক্যাল ডালগুলি গহ্বরের অভ্যন্তরে একটি স্থির অবস্থা বজায় রাখতে ব্যর্থ হয়, গবেষণা দলটি ফেজ মডুলেশন সময়কাল এবং রাউন্ড-এর মধ্যে একটি ভাল ম্যাচ ডিজাইন করেছে। গহ্বরের অভ্যন্তরে অপটিক্যাল ডালের ট্রিপ সময়, এবং ফেজ মড্যুলেশন সময়কালের সাথে একটি ভাল মিল অর্জনের জন্য বিচ্ছুরণ অফসেটিং ব্যবহার করা হয়েছে। অতএব, গবেষণাটি গহ্বরে অপটিক্যাল পালসের ফেজ মড্যুলেশন সময়কাল এবং রাউন্ড-ট্রিপ সময়ের মধ্যে একটি ভাল মিল অর্জনের জন্য ডিজাইন করা হয়েছে, এবং জমে থাকা কিচিরমিচির অফসেট করতে বিচ্ছুরণ ব্যবহার করে এবং অপটিক্যাল পালস ক্ষতিপূরণের উপর ভিত্তি করে লেজার লাভ, এবং অবশেষে ফেজ লকিং উপলব্ধি করুন, যেমন নিম্নলিখিত পরিসংখ্যানে দেখানো হয়েছে (BC); অনুভূত ইন্টিগ্রেটেড লিথিয়াম নিওবেট মোড-লকড অন-চিপ লেজারের পরিকল্পিত চিত্রটি নিম্নলিখিত চিত্রে (ডি) দেখানো হয়েছে।
ছবি
ইন্টিগ্রেটেড লিথিয়াম নিওবেট মোড-লকড অন-চিপ লেজারের অপারেটিং নীতি এবং ডিভাইস পরিকল্পিত।
গবেষণা দলের মতে, এর উচ্চ আউটপুট পিক পাওয়ার এবং সুনির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সি নিয়ন্ত্রণ ক্ষমতা সহ, মোড-লকড লেজারটি সম্পূর্ণ অন-চিপ ইন্টিগ্রেশন সহ একটি অতি দ্রুত ননলাইনার অপটিক্যাল সিস্টেম তৈরি করবে বলে আশা করা হচ্ছে, এইভাবে অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সি কম্বস, সুপারকন্টিনিয়াম আলোর উত্স এবং পারমাণবিক সম্পূর্ণ ফ্রিকোয়েন্সি লকিং সহ ঘড়ি। এটি অপটিক্যাল যোগাযোগ, মেডিকেল ইমেজিং, নির্ভুলতা পরিমাপ, কম্পিউটিং এবং অন্যান্য ক্ষেত্রগুলির বিকাশকে ব্যাপকভাবে সহজতর করবে। "দীর্ঘ মেয়াদে, অন-চিপ মোড-লকড লেজারের সুসংগত যোগাযোগ, নির্ভুল সময় এবং নির্ভুল পরিমাপের ক্ষেত্রে অপরিবর্তনীয় অ্যাপ্লিকেশন থাকতে পারে।"
ছবি।

সমন্বিত সক্রিয় মোড-লকড লেজারের বর্তমান টিউনিং বিশ্লেষণের ফলাফল
উপরন্তু, সক্রিয় মোড-লকিং প্রক্রিয়ার উপর ভিত্তি করে প্রচলিত সলিড-স্টেট এবং ফাইবার মোড-লকড লেজারগুলি শুধুমাত্র বাহ্যিক মড্যুলেশন ফ্রিকোয়েন্সিগুলির একটি সীমিত পরিসরের মধ্যে মোড-লকিং অর্জন করতে পারে এবং যখন বাহ্যিক মডুলেশন ফ্রিকোয়েন্সি প্রাসঙ্গিক পরিসর অতিক্রম করে, তখন লেজারের আউটপুট অপটিক্যাল। পালস তার নির্দিষ্ট পর্যায়ে সম্পর্ক হারাবে (অর্থাৎ, এটি সুসংগততা হারায়)। উপরের চিত্রে যেমন দেখানো হয়েছে, প্রচলিত সক্রিয় মোড-লকড লেজারের সাথে তুলনা করা হয়েছে, এই গবেষণায় উপলব্ধি করা সমন্বিত লিথিয়াম নিওবেট অন-চিপ মোড-লকড লেজারের পালস পুনরাবৃত্তি ফ্রিকোয়েন্সির একটি বড় টিউনেবল পরিসীমা রয়েছে এবং এটি সুসংগত অপটিক্যাল পালস তৈরি করতে সক্ষম। 200 MHz মডুলেশন ফ্রিকোয়েন্সি পরিসীমা। উপরন্তু, স্পন্দিত লেজারের ক্যারিয়ার ফ্রিকোয়েন্সি এবং পালস পুনরাবৃত্তি ফ্রিকোয়েন্সি উল্লেখযোগ্যভাবে লেজারের পাম্প কারেন্ট বা মডুলেশন ফ্রিকোয়েন্সি সামঞ্জস্য করে পরিবর্তন করা যেতে পারে। এর মানে হল যে মোড-লকড লেজারটি বিভিন্ন উপায়ে ম্যানিপুলেট করা যেতে পারে। লেজারের পাম্প কারেন্ট বা মড্যুলেশন ফ্রিকোয়েন্সি নিয়ন্ত্রণ করে সুনির্দিষ্টভাবে প্রতিক্রিয়ার মাধ্যমে, লেজারের পালস পুনরাবৃত্তি ফ্রিকোয়েন্সি এবং ক্যারিয়ার ফ্রিকোয়েন্সি সঠিকভাবে নিয়ন্ত্রণ করা যায়, এইভাবে একটি অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সি কম্ব উপলব্ধি করা যায় যা সঠিকভাবে ফ্রিকোয়েন্সি নিয়ন্ত্রণ করতে পারে, যা সুনির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সিতে অ্যাপ্লিকেশনের জন্য অত্যন্ত তাৎপর্যপূর্ণ। মাপা.
প্রচলিত সেমিকন্ডাক্টর মোড-লকড লেজারগুলি সাধারণত একই সেমিকন্ডাক্টর চিপে লাভ অঞ্চল এবং স্যাচুরেবল শোষক (মোড-লকড উপাদান) একত্রিত করে। ট্রাইবো-ফাইভ সেমিকন্ডাক্টরের জটিল বাহক গতিশীলতার কারণে, লেজার শুধুমাত্র অতি সংকীর্ণভাবে চালিত পাম্প বর্তমান অপারেটিং অঞ্চলে আল্ট্রাশর্ট পালস জেনারেশন অর্জন করতে পারে, যা উচ্চ-পাওয়ার লেজার আউটপুট উপলব্ধির জন্য অনুকূল নয়। যাইহোক, এই গবেষণাটি একটি সক্রিয় মোড-লকিং উপাদান হিসাবে পাতলা-ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেট ব্যবহার করে ট্রাইবো-ফাইভ সেমিকন্ডাক্টরের উচ্চ পাওয়ার আউটপুট ক্ষমতা সম্পূর্ণরূপে প্রকাশ করে।
পাতলা-ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেটের চমৎকার বৈশিষ্ট্যের উপর ভিত্তি করে, দলটি পাতলা-ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেট, ইন্টিগ্রেটেড অপটিক্স এবং ননলাইনার অপটিক্সের ক্ষেত্রে ফলাফলের একটি সিরিজ অর্জন করেছে। উদাহরণস্বরূপ, থিন-ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেট ন্যানোফোটোনিক্সের দ্বিতীয় ক্রম ননলাইনার অপটিক্যাল প্রভাবটি আজ পর্যন্ত একটি সমন্বিত অপটিক্স প্ল্যাটফর্মে দ্রুততম (46 ফেমটোসেকেন্ড), অতি-নিম্ন শক্তি (80 ফেমটোকাইনেটিক) অল-অপটিক্যাল সুইচিং প্রদর্শনের জন্য ব্যবহার করা হয়েছিল। পাতলা-ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেট প্ল্যাটফর্মে, আমরা খুব উচ্চ লাভ (100 dB/cm) এবং খুব বড় লাভ ব্যান্ডউইথ (600 nm), ফ্রিকোয়েন্সি-টিউনেবল অপটিক্যাল প্যারামেট্রিক অসিলেটরের একটি বিস্তৃত পরিসর এবং এখন পর্যন্ত ইন্টিগ্রেটেড অপটিক্সের ক্ষেত্রে সর্বোচ্চ কোয়ান্টাম কম্প্রেশন (4.9 dB)।
ইয়ান এস. ওসবোর্ন, বিজ্ঞানের সম্পাদক, গবেষণার প্রশংসা করেছেন: "মোড-লকড লেজারগুলি অতি দ্রুত বিজ্ঞানের একটি অত্যাধুনিক প্রযুক্তি, যা অতি সংক্ষিপ্ত সুসংগত অপটিক্যাল পালস এবং সুনির্দিষ্ট ব্যবধান সহ ফ্রিকোয়েন্সি কম্বস সক্ষম করে৷ একটি III-V লাভ মাধ্যমকে একীভূত করে লিথিয়াম নিওবেট ফেজ মডুলেটর, আমরা প্রচলিত মোড-লকড লেজারের আকারের সীমাবদ্ধতা ভেঙ্গেছি এবং চিপ স্কেলে ছোট করার সময় চমৎকার পারফরম্যান্স সহ একটি মোড-লকড লেজার উপলব্ধি করেছি৷ এই গবেষণার ফলাফলগুলি কাটিয়া-এজ ব্যবহারিক প্রয়োগের আশা করা হচ্ছে৷ যথার্থ পরিমাপ এবং স্পেকট্রোস্কোপির মতো ক্ষেত্র।"