آج کے بہت سے دلچسپ تجربات کے لیے درکار لیزر طول موج، خاص طور پر مرئی حد کے اندر، چھوٹے فوٹوونک انٹیگریٹڈ سرکٹس (PICs) کے لیے ایک چیلنج ہے۔ لیکن یو ایس نیشنل انسٹی ٹیوٹ آف اسٹینڈرڈز اینڈ ٹیکنالوجی (NIST) فوٹوونکس کے محققین اور Octave Photonics کے ساتھی اس طول موج تک رسائی کے مسئلے کے حل کی قیادت کر رہے ہیں-اور آپٹیکل سوئچنگ، روٹنگ، اور فلٹرنگ کو سپورٹ کرنے کے لیے مختلف فوٹوونک فنکشنز کو متحد کرنے کے چیلنجوں سے بھی نمٹ رہے ہیں۔
آج ایک عام نقطہ نظر یہ ہے کہ مختلف فوٹوونکس مواد کو جوڑ کر ان مختلف فنکشنز کو فعال کرنے کی کوشش کی جائے اور جہاں وہ موجود ہیں ان کا فائدہ اٹھائیں، لیکن نئی ایپلی کیشنز کی فیلڈنگ کے لیے مطلوبہ تمام ترازو پر کوئی ایک مواد ایسا نہیں کر سکتا۔
NIST کے Quantum اور Nonlinear Nanophotonics گروپ میں ماہر طبیعیات گرانٹ M. Brodnik کہتے ہیں، "ہمارا کام موجودہ فوٹوونک ٹیکنالوجیز کے ساتھ براہ راست مطابقت کے ساتھ 'کسی بھی طول موج کے لیزر' کو حاصل کرنے کے بلند مقصد سے متاثر تھا۔ "اور ہم نے دیگر فنکشنلٹیز کا مظاہرہ کیا جیسے فریکوئنسی کومبس اور سپر کنٹینیوم جنریشن، کیونکہ پلیٹ فارم ان کو براہ راست سپورٹ کرتا ہے۔ یہ صلاحیتیں کئی اہم ایپلی کیشنز میں کلیدی کردار ادا کرتی ہیں۔"
آپ کا شکریہ، نان لائنر آپٹکس
مصنوعی ذہانت (AI) اور کوانٹم ایپلی کیشنز کی سپیڈ تک پہنچنے کے لیے، الیکٹران سے فوٹون میں تبدیلی ضروری ہے-اور اسی طرح چپس اسکیل "کسی بھی طول موج" لیزرز بھی ہیں۔
ٹیم کے نئے نقطہ نظر کی ایک مختصر وضاحت: یہ سلیکون ڈائی آکسائیڈ (گلاس) اور لیتھیم نیوبیٹ کے ساتھ لیپت ایک معیاری سلکان ویفر کے ساتھ شروع ہوتا ہے، ایک غیر خطی مواد جو اس میں داخل ہونے والی روشنی کے رنگ کو بدل سکتا ہے۔ دھات کو شامل کرنے سے لتیم نائوبیٹ کو روشنی کے ایک رنگ کو دوسرے رنگ میں تبدیل کرنے کے لیے برقی طریقے سے ڈائل کیا جا سکتا ہے-۔ اسی طرح کے دھاتی-لیتھیم نیوبیٹ انٹرفیس روشنی کے تیز آن/آف سوئچنگ کی اجازت دے سکتے ہیں (سوچیں کہ تیز رفتار روٹنگ اور ڈیٹا پروسیسنگ)۔
دوسرے فوٹوونک سرکٹری کے اوپر ٹینٹلم پینٹ آکسائیڈ عرف ٹینٹلا کے پیچیدہ نمونوں کو جمع کرنا ورسٹائل فوٹوونک پلیٹ فارم کو کنسرٹ میں کام کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ ٹنٹالا ایک مضبوط نان لائنر مواد ہے اور یہ نظر آنے والی طول موج کے آپریشن کے لیے موزوں ہے۔ "تنقیدی طور پر، اس میں دلکش مادی خصوصیات ہیں (اس کی ساخت سے متعلق) جو اسے دوسرے فوٹوونک مواد کے ساتھ براہ راست انضمام کے قابل بناتی ہیں،" بروڈنک کہتے ہیں۔
جب محققین نے 3D اسٹیک میں ایک دوسرے کے اوپر مواد کا نمونہ بنایا، تو وہ ایک واحد چپ کے ساتھ ختم ہوئے جو تہوں کے درمیان روشنی کو مؤثر طریقے سے روٹ کرتا ہے۔ یہ چپ ٹینٹالا کی ہلکی ہیرا پھیری کی صلاحیتوں کو لیتھیم نیبیٹ کی کنٹرولیبلٹی کے ساتھ جوڑتی ہے۔
نان لائنر آپٹکس اب "نہیں-لہذا{-خفیہ چٹنی" طبیعیات ہے جس سے وہ فائدہ اٹھاتے ہیں "ہم جو ایک رنگ ڈالتے ہیں اس سے روشنی کے بالکل نئے رنگ بناتے ہیں،" بروڈنک بتاتے ہیں۔ "اگر آپ کیمرے کے ساتھ تصویر لیتے ہیں، تو آپ کو عینک سے گزرتے وقت تصویر کے رنگوں میں تبدیلی کی توقع نہیں ہوتی۔ لیکن لیزرز کے ذریعے فراہم کردہ اعلی آپٹیکل طاقتوں پر نان لائنر میٹریل کے ساتھ، بالکل ایسا ہی ہوتا ہے۔ یہ ٹیبل ٹاپ-اسکیل لیزرز کو طاقت دینے والی ایک اہم تکنیک ہے جو آج بہت سے حسب ضرورت رنگ بناتی ہے۔ ہم ان تکنیکوں کا استعمال کرتے ہیں سرکٹ سائز کے چھوٹے سائز کے ساتھ۔ چاول کا ایک دانہ۔"
بروڈنک کے لیے اس کام کا سب سے اچھا پہلو یہ ہے کہ "ان پٹ لائٹ (جو ہماری آنکھوں سے پوشیدہ ہے) کو تبدیل کرنے سے ہمارے آلات سے روشنی کے نئے، اکثر چمکدار رنگ پاپ آؤٹ ہوتے ہیں"، وہ کہتے ہیں۔ "لیب میں، جانچ کے مرحلے پر ایک چپ کے ساتھ، ہم آہستہ آہستہ آپریشن کے پیرامیٹرز میں ڈائل کرتے ہیں اور، بوم، متحرک نیلا-سبز چپ پر چمکنے لگتا ہے۔ اگلے آلے پر، ہم اسے نیلے-بنفشی بنا دیتے ہیں۔ یہ تھوڑا سا جادو کی طرح محسوس ہوتا ہے۔"
ان کا کام "بنیاد رکھتا ہے اور پلیٹ فارم کی صلاحیت کو ظاہر کرتا ہے،" بروڈنک کہتے ہیں۔ "ہم یقینی طور پر موجودہ ڈیزائنز کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے کام کر رہے ہوں گے، لیکن پلیٹ فارم نئی فعالیت اور ڈیزائن نوبس کو کھولتا ہے جسے ہم دریافت کرنے کے لیے پرجوش ہیں۔"
بہت سی ایپلی کیشنز جن میں ایٹم ٹرانزیشنز کے ساتھ انٹرفیسنگ شامل ہوتی ہے-سوچتے ہیں کہ کوانٹم سینسنگ اور کمپیوٹنگ-منظر اور قریب-اورکت لہر بینڈ پر پھیلی طول موج پر روشنی کی ضرورت ہوتی ہے۔ بروڈنک کا کہنا ہے کہ "اپلیکیشنز جن کو تیزی سے روٹ اور لائٹ کو آن/آف کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، جیسے آپٹیکل ڈیٹا پروسیسنگ اور کمپیوٹنگ، پلیٹ فارم سے فائدہ اٹھا سکتے ہیں اور ساتھ ہی مواد کی فراہم کردہ طبیعیات کی دیگر خصوصیات کا فائدہ اٹھاتے ہوئے،" بروڈنک کہتے ہیں۔ "صارفین کی ڈسپلے ٹیک شاید ایک اور ایپلی کیشن ہے۔ یقیناً اور بھی بہت سی ایسی ہیں جن کے بارے میں ہم نے سوچا بھی نہیں ہے، جن پر اب سائنسی برادری کے ذریعہ غور کیا جا سکتا ہے اور اسے تیار کیا جا سکتا ہے۔"
بروڈنک کا کہنا ہے کہ ٹیم کے پاس "مٹھی بھر دلچسپ فوٹوونک فن تعمیرات ہیں جو فی الحال ڈیزائن کے مراحل میں ہیں، جن کے لیے ہمارے پلیٹ فارم کی حمایت کرنے والی صلاحیتوں کی مکمل میزبانی کی ضرورت ہے۔" "ہم ان ساتھیوں اور دوسرے محققین کے ساتھ تعاون کرنے کے لیے بھی پرجوش ہیں جو ہمارے لیے نئے آئیڈیاز اور ایپلیکیشنز لا رہے ہیں جن پر ہم نے شاید غور نہیں کیا یا جن پر عمل کرنے کے لیے مشترکہ مہارت کی ضرورت نہیں ہے۔ دلچسپ اوقات۔"
