एक चिप पर नोबेल पुरस्कार तकनीक

पहले आवृत्ति कंघी एक माइक्रोमीटर पैमाने पर उत्पन्न होती है

रंगीन स्पेक्ट्रम के विपरीत जो प्रकाश के प्रिज्म से गुजरने पर उत्पन्न होता है, माइक्रोरेसोनेटर द्वारा उत्पन्न प्रकाश में वर्णक्रमीय रेखाएँ होती हैं जिनकी आवृत्तियाँ समवर्ती होती हैं। © MPQ
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2005 में, भौतिक विज्ञानी थियोडोर हैन्श को लेजर फ्रीक्वेंसी कंघी के लिए नोबेल पुरस्कार मिला, जो आधुनिक आवृत्तियों के लिए एक मापक यंत्र था। अब भौतिक विज्ञानी एक कदम आगे बढ़ गए हैं: वे केवल 75 माइक्रोन मापने वाले एक माइक्रोएरेसोनेटर के साथ आवृत्ति कंघी बनाने में सफल रहे हैं। एक माइक्रोचिप पर ऐसी आवृत्ति कंघी टाइमकीपिंग और डेटा ट्रांसफर की तकनीकों में क्रांति ला सकती है, जैसा कि "प्रकृति" में बताया गया है।

सिद्धांत रूप में, एक आवृत्ति कंघी एक प्रकार का शासक है, जिसके साथ प्रकाश की अज्ञात ऑप्टिकल आवृत्तियों को उच्च परिशुद्धता के साथ निर्धारित किया जा सकता है। हैन्श और हॉल द्वारा पीछा किए गए दृष्टिकोण में, इसकी पीढ़ी शॉर्ट-पल्स लेज़रों में युग्मन प्रक्रिया पर आधारित है। यह लेजर प्रकाश बनाता है जिसमें लगभग 100, 000 बहुत निकटवर्ती वर्णक्रमीय रेखाएं होती हैं जिनकी आवृत्ति रिक्ति हमेशा समान और बहुत अच्छी तरह से ज्ञात होती है - यह "कंघी" शब्द का कारण है। यदि आप इस आवृत्ति कंघी को एक और लेजर बीम के साथ ओवरले करते हैं, तो परिणामस्वरूप बीट की आवृत्ति को अभूतपूर्व सटीकता के साथ निर्धारित किया जा सकता है। इस प्रकार की एक आवृत्ति कंघी में कई ऑप्टिकल घटक होते हैं और इसलिए यह बहुत महंगा है।

नैनोवायर में लेजर बीम

अब टोबियास किपेनबर्ग के मैक्स प्लैंक जूनियर रिसर्च ग्रुप ने मेनलो सिस्टम्स से रोनाल्ड होल्जवर्थ के साथ मिलकर एक छोटे से माइक्रोस्ट्रक्चर का उपयोग करके एक आवृत्ति कंघी बनाने में कामयाबी हासिल की है। अपने प्रयोग में, वैज्ञानिक केवल 75 माइक्रोमीटर के व्यास के साथ एक टॉरॉयडल ग्लास रेज़ोनेटर का उपयोग करते हैं, जो एक सिलिकॉन चिप पर निर्मित होता है और लुडविग मैक्सिमिलियन यूनिवर्सिटी ऑफ म्यूनिख (LMU) के सॉलिड स्टेट फिजिक्स के अध्यक्ष के रूप में निर्मित होता है।

कैसकेड दो फोटॉन द्वारा ट्रिगर किया गया

ग्लास के पास बने "नैनो-वायर" में एक लेजर बीम को पास करके, वे इस अखंड संरचना में प्रकाश डालते हैं। इस तरह के ऑप्टिकल रेज़ोनेटर अपेक्षाकृत लंबे समय तक प्रकाश को स्टोर कर सकते हैं। इससे अत्यधिक उच्च प्रकाश तीव्रता हो सकती है - यह कहना है फोटॉन घनत्व - जिसमें गैर-प्रभाव वाले धन होते हैं। और इस तरह के एक nonlinear "केर प्रभाव" एक आवृत्ति कंघी के गठन को संभव बनाता है:

4-फोटॉन प्रक्रिया में, समान ऊर्जा के दो प्रकाश क्वांट को दो फोटॉन में परिवर्तित किया जाता है, जिनमें से एक प्रकाश की मात्रा में मूल ऊर्जा की तुलना में एक उच्च और दूसरी कम होती है। नवनिर्मित फोटोन मूल प्रकाश क्वांटा के साथ बातचीत कर सकते हैं और बदले में नई आवृत्तियां उत्पन्न कर सकते हैं। यह कैस्केड एक सक्रिय लेजर माध्यम के प्रवर्धन के बिना आवृत्तियों का एक आश्चर्यजनक व्यापक स्पेक्ट्रम पैदा करता है, जो पारंपरिक विधि में आवश्यक है। प्रदर्शन

"दिलचस्प रूप से, साहित्य में कोई संकेत नहीं था कि इस तरह से आवृत्ति नाभिक का उत्पादन किया जा सकता है, " परियोजना में पास्कल डेल'हये, पीएचडी छात्र कहते हैं। "यह एक पूरी तरह से नई विकास प्रक्रिया है, जिससे हम लगभग संयोग से सामना कर रहे हैं, " किपेनबर्ग पुष्टि करते हैं।

हालांकि, नई विधि केवल तभी उपयुक्त है जब सभी उत्पन्न आवृत्तियों के बीच की दूरी हमेशा एक समान हो और इस तरह से - हालांकि माइक्रोरोनोनेटर्स में स्वयं एक पूरी तरह से समवर्ती मोड स्पेक्ट्रम नहीं है - एक आदर्श कंघी उत्पन्न होती है। रेनॉल्ड होल्ज़वर्थ के सहयोग से लंबी सटीक माप में, डेल'हाई और अल्बर्ट श्लीयर, ने मेनलो सिस्टम्स द्वारा बनाई गई एक वाणिज्यिक कंघी के साथ अखंड कंघी आवृत्ति कंघी के स्पेक्ट्रम की तुलना की। उन्होंने दिखाया कि माइक्रोरसोनेटर में उत्पन्न आवृत्तियाँ वास्तव में समान हैं।

दूरसंचार में आवेदन

उपन्यास आवृत्ति कंघी का उपयोग भविष्य में ऑप्टिकल आवृत्ति निर्धारण के लिए किया जा सकता है और इस प्रकार घड़ियां भी अत्यधिक उच्च सटीकता के साथ बनाई जा सकती हैं। ऑप्टिकल टेलीकम्युनिकेशन में आवेदन का एक और बेहद दिलचस्प क्षेत्र है: जबकि पारंपरिक फ्रीक्वेंसी कंघी लाइनों को बेहद घना और काफी फीका बना देती है, लगभग 130 स्पेक्ट्रल लाइनों की मोनोलिथिक फ़्रीक्वेंसी कंघी की दूरी लगभग 400 गीगाहर्ट्ज़ और पावर होती है एक मिलीवाट (0 dBm) के परिमाण का क्रम। यह फाइबर आधारित ऑप्टिकल दूरसंचार में डेटा चैनलों के "वाहक" के लिए विशिष्ट आवश्यकताओं से काफी मेल खाता है।

जबकि प्रत्येक आवृत्ति चैनल के लिए अपने स्वयं के लेजर के साथ एक अलग जनरेटर की आवश्यकता होती है, नया दृष्टिकोण एकल डिवाइस को विभिन्न डेटा चैनलों को परिभाषित करने की अनुमति देगा।

विकास प्रक्रिया के सभी पहलुओं को अभी तक समझा नहीं गया है, और तकनीक को अभी भी काम करने की आवश्यकता है इससे पहले कि आवृत्ति कंघी का उपयोग अभ्यास में किया जा सके। हालांकि, उच्च अनुप्रयोग क्षमता को देखते हुए, वैज्ञानिकों ने पहले से ही दुनिया भर में अपनी खोज के लिए एक पेटेंट के लिए आवेदन किया है।

काम, जिसे वर्तमान में जर्नल नेचर में प्रस्तुत किया गया है, को उत्कृष्टता क्लस्टर "नैनोसिस्टम्स इनिशिएटिव म्यूनिख" के हिस्से के रूप में विकसित किया गया था, जिसका लक्ष्य चिकित्सा और सूचना प्रसंस्करण में अनुप्रयोगों के लिए कार्यात्मक नैनोकणों को विकसित करना, अनुसंधान करना और लागू करना है।,

(क्वांटम ऑप्टिक्स के मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट, 24.12.2007 - एनपीओ)