جدید ٹکنالوجی تیزی سے روشنی کے ذرائع پر انحصار کرتی ہے جن کو طلب کے مطابق دوبارہ تشکیل دیا جاسکتا ہے۔ مائیکرو لیزر کے بارے میں سوچیں جو مختلف آپریٹنگ حالتوں کے درمیان تیزی سے تبدیل ہو سکتے ہیں-جیسا کہ کار شفٹنگ گیئرز-تاکہ ایک آپٹیکل چپ سگنل کو روٹ کر سکے، کمپیوٹنگ کر سکے، یا حقیقی وقت میں بدلتے ہوئے حالات کے مطابق ڈھال سکے۔ مائیکرو لیزر سوئچنگ ایک ہموار، آرام دہ عمل نہیں ہے، لیکن یہ اچانک اور تیز ہو سکتا ہے۔ عام طور پر، تقریباً ایک جیسی "امیدوار" لیزنگ ریاستیں ایک مائیکرو کیویٹی میں ایک دوسرے سے مقابلہ کرتی ہیں، اور بیرونی حالات کے مطابق ہونے پر لیزر اچانک ایک حالت سے دوسری حالت میں چھلانگ لگا سکتا ہے۔
اس سے ایک عملی سوال پیدا ہوتا ہے: اصولی طور پر اس طرح کا سوئچ کتنا تیز ہو سکتا ہے؟ طبیعیات دانوں کے لیے، یہ ایک گہرائی کو بڑھاتا ہے: کیا سوئچنگ ایک آفاقی اصول کی پیروی کرتی ہے، جیسے کہ فطرت میں دوسرے مرحلے کی منتقلی؟
پیکنگ یونیورسٹی کی ایک ٹیم نے اب ایک انتہائی اعلی-معیار مائیکرو کیویٹی لیزر-کی واضح تصویر فراہم کی ہے جس وقت لیزر کو اسٹیٹ سوئچ کو مکمل کرنے کی ضرورت ہوتی ہے ایک قابل ذکر سادہ پاور-قانون کے اصول کی پیروی کرتی ہے۔ جب کنٹرول نوب کو تیزی سے سویپ کیا جاتا ہے، تو سوئچ تیز تر ہو جاتا ہے-لیکن من مانی نہیں ہوتا۔ اس کے بجائے، سوئچنگ کا وقت جھاڑو کی رفتار کے مربع جڑ کے ساتھ کم ہوتا ہے، جو نصف کے قریب ایک مضبوط ایکسپوننٹ کے مساوی ہے۔ یہ نتیجہ مؤثر طریقے سے رفتار کی حد متعین کرتا ہے کہ اس طرح کے مائیکرو لیزر کتنی جلدی "گیئرز تبدیل کر سکتے ہیں۔" نتائج میں شائع ہوئے ہیں۔جسمانی جائزہ کے خطوط.
لیزر سوئچ کو کیسے کنٹرول کیا جائے؟
انتہائی اونچے-Q گہا میں، فوٹان باہر نکلنے سے پہلے لاکھوں بار گردش کرتے ہیں، جو روشنی کے مادے کے تعامل کو بہت زیادہ بڑھاتا ہے اور کم-تھریش ہولڈ لیزنگ کو قابل بناتا ہے۔ اب تک، زیادہ تر مطالعات یہ بتا سکتے ہیں کہ لیزر کس حالت میں ختم ہوا، لیکن سوئچنگ کے عمل کو خود ہی-مختصر عارضی جہاں لیزر ایک حالت سے نکل کر دوسری حالت میں بس جاتا ہے، کو پکڑنا بہت مشکل تھا۔ یہ عارضی نینو سیکنڈ ٹائم اسکیلز پر ظاہر ہو سکتا ہے، اور یہ ایک کھلے نظام میں ہوتا ہے جو مسلسل چلتا ہے اور توانائی کھوتا رہتا ہے، جہاں شور اور کھپت مرکزی کردار ادا کرتی ہے۔
اسے حل کرنے کے لیے، ٹیم نے ایک مائیکرو-لیزر پلیٹ فارم بنایا جسے صاف اور قابل پروگرام طریقے سے ٹیون کیا جا سکتا ہے۔ لیزر انتہائی ہائی-Q سلیکا مائیکرو اسپیئر-صرف دسیوں مائیکرو میٹرز میں تیار ہوتا ہے-جہاں گھڑی کی سمت اور مخالف گھڑی کی سمت لہریں آپس میں جوڑ کر دو مسابقتی اسٹینڈ-موج کی حالتیں (دو "سپر موڈز") بنا سکتی ہیں۔
کلیدی خیال ایک فیڈ بیک لوپ کو شامل کرنا تھا جو لیزر لائٹ کے ایک چھوٹے سے حصے کو دوبارہ گہا میں داخل کرتا ہے۔ اس reinjected روشنی کے مرحلے کو کنٹرول کرکے، محققین مداخلت کر سکتے ہیں یا تو مخصوص سپر موڈز کو مضبوط یا کمزور کر سکتے ہیں۔ درحقیقت، یہ فیز کنٹرول انہیں دو مسابقتی لیزنگ سٹیٹس کے درمیان نقصان کے توازن کو ٹیون کرنے دیتا ہے-جیسے سیسا کو ایڈجسٹ کرنا-تاکہ سسٹم کو اس نازک موڑ پر لے جایا جا سکے جہاں ایک ریاست دوسری ریاست پر پسندیدہ ہو جاتی ہے۔ یہ ایک واضح طور پر "غیر-ہرمیٹیئن" کنٹرول کی شکل ہے: صرف گونج کی فریکوئنسیوں کو تبدیل کرنے کے بجائے، یہ براہ راست فائدہ-نقصان کے منظر نامے کو نئی شکل دیتا ہے جو اس پر حکمرانی کرتا ہے کہ کون سی ریاست جیتتی ہے۔
حقیقی وقت میں سوئچ کو فلمانا
سوئچ کو کنٹرول کرنا صرف آدھی کہانی ہے-ریکارڈنگ یہ باقی آدھی ہے۔ ٹیم نے ریڈیو-فریکوئنسی (RF) بیٹ-نوٹ کا طریقہ استعمال کیا: انہوں نے لیزر آؤٹ پٹ کو ایک مستحکم حوالہ کے ساتھ ملایا اور وقت کے ساتھ نتیجے میں آنے والے RF سگنل کو ٹریک کیا۔ یہ الٹرا فاسٹ آپٹیکل تبدیلیوں کو قابل پیمائش برقی سگنلز میں تبدیل کرتا ہے، جس سے محققین کو دوبارہ تشکیل دینے کی اجازت ملتی ہے کہ ذیلی 10-نانو سیکنڈ ٹائم ریزولوشن کے ساتھ سوئچ کے دوران لیزر حالت کس طرح تیار ہوتی ہے۔
سادہ اصول: پاور اسکیلنگ
ایک بار جب عارضی نظر آتا ہے، ایک قدرتی تجربہ ممکن ہو جاتا ہے: سوئچنگ پروٹوکول کو کئی بار دہرائیں، لیکن کنٹرول نوب کو مختلف رفتار سے جھاڑیں۔ اس کے بعد ٹیم نے ہر سوئچنگ ایونٹ سے ایک اچھی طرح سے متعین ٹرانزیشن ٹائم- نکالا۔ نتیجہ حیران کن تھا: جھاڑو کی رفتار کی ایک وسیع رینج میں، منتقلی کا وقت ایک مضبوط طاقت کے قانون کی پیروی کرتا ہے۔ تیز تر جھاڑو تیزی سے سوئچنگ کا باعث بنتے ہیں، لیکن پیشین گوئی کے مطابق بہتری سست ہو جاتی ہے۔
مقداری طور پر، سوئچنگ کا وقت تقریباً جھاڑو کی رفتار کے الٹا مربع جڑ کے طور پر ہوتا ہے، جو 0.5 کے قریب کے ایکسپوننٹ کے مطابق ہوتا ہے۔ یہی طرز عمل کپلڈ کیویٹی لیزر نیٹ ورکس کے مطالعے میں بھی ظاہر ہوتا ہے، یہ تجویز کرتا ہے کہ اصول کسی ایک ڈیوائس کی کمزور خصوصیت نہیں ہے، بلکہ اس کے بجائے چلنے والے، ڈسپیٹیو فوٹوونک سسٹمز میں عدم توازن کے سوئچنگ کے وسیع اصول کی عکاسی کرتا ہے۔
اس تحقیقی کام کے متعلقہ مصنف پروفیسر ژاؤ نے کہا، "عالمگیر پیمانے کے قوانین قیمتی ہیں کیونکہ وہ انجینئرز اور سائنسدانوں کو ایک پیشن گوئی کمپاس دیتے ہیں۔" "آلات کو آزمائشی اور غلطی سے ٹیوننگ کرنے کے بجائے، یہ اندازہ لگانے کے لیے کہ کنٹرول کی رفتار میں تبدیلی کس طرح ردعمل کے وقت کو متاثر کرتی ہے-اور یہ سمجھنے کے لیے کہ کم ہونے والی واپسی کہاں ہوتی ہے۔"
ایپلی کیشنز کے لیے، یہ تلاش قابلِ ترتیب مائیکرو لیزرز کو متاثر کر سکتی ہے جن کو آپریٹنگ سٹیٹس کو آن-چِپ فوٹوونکس کے لیے تیزی سے تبدیل کرنا چاہیے اور آپٹیمائزیشن اور اینالاگ کمپیوٹنگ کے لیے تجویز کردہ جوڑے لیزر نیٹ ورکس، جہاں بہت سے نوڈس کو قابل اعتماد اور تیزی سے سوئچ کرنا چاہیے۔ بنیادی سائنس کے لیے، نتیجہ ایک کھلے، غیر-ہرمیٹیئن سیٹنگ-ایک میدان میں غیر متوازن تنقیدی حرکیات کے لیے ایک نایاب، صاف تجرباتی معیار فراہم کرتا ہے جہاں مرحلے کی منتقلی کے بارے میں کلاسک خیالات پر دوبارہ غور اور جانچ کرنا ضروری ہے۔
