معیاری موڈ لاکنگ کے طریقوں سے ہٹ کر، ETH زیورخ کے شعبہ طبیعیات میں پروفیسر جیاکومو سکالاری اور جیروم فاسٹ کی قیادت میں محققین کی ایک ٹیم، اور ٹیکنیکل یونیورسٹی آف میونخ میں پروفیسر کرسچن جیراؤسک نے، ایک یک سنگی موڈ لاک سیمی کنڈکٹر لیزر بنایا جس میں مسلسل اور وسیع پیمانے پر GH1 سے 4 تک ری ٹیونیشن کی شرح 4 تک پہنچ گئی۔ اور، دلچسپ بات یہ ہے کہ، ان کے نقطہ نظر کو دوسرے سیمی کنڈکٹر لیزرز اور لیزر اخراج طول موج کے لیے کام کرنا چاہیے۔
اسے دور کرنے کے لیے، محققین نے مربوط فریکوئنسی کنگھیاں پیدا کرنے کے لیے ٹیرا ہرٹز (THz) کوانٹم کیسکیڈ لیزر (QCL) کا استعمال کیا۔ اگرچہ یہ بات اچھی طرح سے معلوم ہے کہ THz QCLs کو کنگھیاں بنانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، ٹیم کی جانب سے پلانرائزڈ THz QCLs کی بہتر مائیکرو ویو خصوصیات کے ساتھ حالیہ ترقی نے انہیں بیرونی مائیکرو ویوز کا استعمال کرتے ہوئے لیزر کیویٹی کی مضبوط ماڈیولیشن تلاش کرنے کی ترغیب دی اور انہوں نے سیمی کنڈکٹر لیزر آپریشن کے کئی نئے نظام دریافت کیے۔
"ہمارا آلہ ایک پلانرائزڈ THz QCL پر مبنی ہے۔ اس کے فعال ریجن کا مواد ایک گیلیم آرسنائیڈ (GaAs)/ایلومینیم گیلیم آرسنائیڈ (AlGaAs) پر مشتمل ہوتا ہے، ایک GaAs کیریئر سبسٹریٹ سے جڑا ہوا ویفر،" اربن سینیکا، جو اس وقت پی ایچ ڈی تھیں۔ ای ٹی ایچ زیورخ میں طالب علم لیکن اب ہارورڈ یونیورسٹی کی لیبارٹری برائے نانوسکل آپٹکس میں پوسٹ ڈاکٹرل فیلو ہے۔ "فوٹو لیتھوگرافی اور ڈرائی ایچنگ کا استعمال کرتے ہوئے، ایک فعال رج ویو گائیڈ کی وضاحت کی جاتی ہے اور بعد میں کم- نقصان والے پولیمر بینزوسائکلوبوٹین (BCB) کے ساتھ منصوبہ بندی کی جاتی ہے۔ ایک ویو گائیڈ کو دو توسیعی میٹالائزیشن تہوں کے درمیان عمودی طور پر سینڈویچ کیا جاتا ہے، جو آپٹیکل اور مائیکرو ویو موڈز کو محدود کرتی ہے اور لا الیکٹرک کنٹیکٹ ڈیوائس کے طور پر کام کرتی ہے۔"
اس ترتیب کے نتیجے میں پھیلاؤ کم ہوتا ہے، رنگین بازی کم ہوتی ہے، گرمی کی کھپت میں اضافہ ہوتا ہے، اور مائیکرو ویو کی خصوصیات میں بہتری آتی ہے، کیونکہ لیزر ایک کم-نقصان، کم-امپیڈنس مائکروویو ویو گائیڈ کے اندر سرایت کرتا ہے۔
فعال ماڈل لاکنگ
ٹیم کا طریقہ ایکٹو موڈ لاکنگ پر مبنی ہے، جس میں لیزر بائیس وولٹیج کو ایک بیرونی برقی سگنل کے ذریعے ماڈیول کرنا شامل ہے تاکہ مربوط مختصر آپٹیکل پلسز (ایک فریکوئنسی کنگھی) کی ٹرین تیار کی جا سکے۔ پچھلے مظاہروں میں، یہ صرف اس صورت میں کام کرتا ہے جب ماڈیولیشن سگنل کی فریکوئنسی لیزر کے دو آئینے کے درمیان سفر کرنے میں روشنی کے وقت کے ساتھ مطابقت پذیر ہو (یہ جسمانی گہا کے طول و عرض سے طے شدہ ہے)۔
سینیکا کہتی ہیں، "ہم نے مکمل طور پر ایک نئی طرز حکومت کا مظاہرہ کیا، جس میں ہم پلس ٹرین کی تکرار کی شرح کو 400 فیصد تک مسلسل اور وسیع پیمانے پر ٹیون کر سکتے ہیں۔" "یہ غیر معمولی ٹیون ایبلٹی پورے لیزر کیویٹی کے ساتھ کھڑے مائکرو ویو آسکیلیشن بنا کر حاصل کی جاتی ہے، جس کے نتیجے میں پلس کھینچنے کا اثر ہوتا ہے جو آپٹیکل پلس کو تیز یا سست کر دیتا ہے تاکہ بیرونی ماڈیولیشن فریکوئنسی کے ساتھ ہمیشہ ہم آہنگ ہو۔"
مائیکرو ویوز کے ذریعے آپٹیکل پلس پر-چپ کی رفتار کو کنٹرول کرنا
سینیکا کا کہنا ہے کہ اس کام کے بہترین پہلوؤں میں سے ایک یہ ہے کہ "ہم بنیادی طور پر مائیکرو ویوز کے ساتھ فوٹوونک چپ پر آپٹیکل پلس کی رفتار کو کنٹرول کر سکتے ہیں۔" "ایک سادہ تشبیہ میں، یہ پانی کی لہر کی طرح ہے جو ایک سرفر کو آگے بڑھاتی ہے۔ مزید تکنیکی اصطلاحات میں، مائکروویو اور آپٹیکل پلس کے درمیان ایک فریکوئنسی-انحصار فیز شفٹ ہوتی ہے، اور اس کے نتیجے میں حاصل/نقصان کے گریڈینٹ کے نتیجے میں آپٹیکل پلس کی ایک ترمیم شدہ گروپ رفتار ہوتی ہے تاکہ ہم مائیکرو ویو کی نئی تعدد بریک کی رفتار سے مماثل ہوں۔ تجرباتی اور نقلی نتائج کے درمیان اچھے معاہدے کے ساتھ، اس عمل کو مکمل طور پر سمجھنے کے قابل۔"
یہ پورا پروجیکٹ کئی سالوں کی بڑی تکنیکی اور سائنسی پیشرفت کا نتیجہ ہے، جس میں براڈ بینڈ لیزر ایکٹو ریجن کے ڈیزائن اور مالیکیولر بیم ایپیٹیکسی نمو شامل ہے۔ پلانرائزڈ ٹی ایچ زیڈ کیو سی ایل کی نقالی، من گھڑت اور خصوصیت؛ اور ماڈیولڈ لیزر کیویٹی کے وسیع تجزیاتی اور عددی نقالی۔
ٹیم کے کام کے ایک اہم حصے میں ان کے آلات کی جدید ترین نقلیں شامل تھیں۔ سینیکا کہتی ہیں، "خاص طور پر، جرمنی میں TU میونخ میں ہمارے ساتھیوں نے پورے ماڈیولڈ لیزر کیویٹی کو ماڈلنگ کرنے کے لیے ایک نیا تخروپن طریقہ تیار کیا۔" "اس میں لیزر کے کوانٹم سسٹم کی ماڈلنگ، مائیکرو ویو پروپیگیشن، اور آپٹیکل پلس جنریشن-ایک واحد سمولیشن اسٹڈی کے اندر تین مختلف ڈومینز کو یکجا کرنا، تجرباتی نتائج کو درست طریقے سے دوبارہ پیش کرنا اور لیزر ڈائنامکس میں اہم بصیرت فراہم کرنا شامل ہے۔"
مواصلات، سپیکٹروسکوپی، اور سینسنگ ایپلیکیشنز آگے ہیں۔
ان کے مسلسل اور وسیع پیمانے پر ٹیون ایبل ماڈل لاک لیزرز کی بدولت، مواصلات، سپیکٹروسکوپی، اور سینسنگ کے لیے بہت سے ممکنہ ایپلی کیشنز موجود ہیں۔ سینیکا کہتی ہیں، "وقت کے ڈومین کے لیے، مربوط پلس ٹرین کو ایک صوابدیدی بیرونی مائیکرو ویو سگنل یا ٹیون ایبل تاخیری لائن سے ہم آہنگ کیا جا سکتا ہے۔" "فریکوئنسی ڈومین کے لیے، تعدد کنگھی کے اندر ٹیون ایبل موڈ کی جگہ کسی بھی سپیکٹرل خلا کو بند کر سکتی ہے۔"
درحقیقت، سینیکا اور ساتھیوں نے پہلے ہی ایک جذب سپیکٹروسکوپی تجربہ کا مظاہرہ کیا ہے جس کے لیے ٹیبلٹاپ کے سائز کے اسپیکٹرو میٹر کے آلے کے بجائے صرف ایک سادہ شدت کا پتہ لگانے والے-کی ضرورت تھی۔
سینیکا کا کہنا ہے کہ "ہمیں یقین ہے کہ ہمارا نقطہ نظر برقی مقناطیسی سپیکٹرم کے اورکت اور نظر آنے والے خطوں میں سیمی کنڈکٹر لیزرز کی دیگر اقسام کے ساتھ لاگو کرنے کے لیے نسبتاً سیدھا بھی ہو گا اور وسیع اقسام کے ایپلی کیشنز کے لیے راہ ہموار کرے گا۔" "ایک اہم پہلو مائیکرو ویو کی خصوصیات کو بہتر بنایا جائے گا، اس کے ساتھ اس طرح کے آلات کی جدید پیکیجنگ بھی۔"
