یہ سمجھا جاتا ہے کہ ٹوپولوجیکل لیزر نامی ایک نئی قسم کی ڈیوائس روایتی لیزر کے مقابلے میں زیادہ موثر طریقے سے روشنی خارج کر سکتی ہے۔ اب سائنسدانوں نے بجلی سے چلنے والا پہلا ٹوپولوجی لیزر بنایا ہے جو کمرے کے درجہ حرارت پر کام کرتا ہے جسے ٹیلی کمیونیکیشن کے شعبے میں استعمال کیا جا سکتا ہے۔
ٹوپولوجی ریاضی کی ایک شاخ ہے جو اس بات کا مطالعہ کرتی ہے کہ شکل کے کون سے پہلو بگاڑ سے بچ سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر، انگوٹھی کی شکل کی کوئی شے پیالے کی شکل میں خراب ہوسکتی ہے، اور انگوٹھی میں سوراخ کپ کے ہینڈل میں سوراخ بناتا ہے۔ تاہم اس شے کو بنیادی طور پر مختلف، غیر سوراخ دار شکل میں تبدیل نہیں کیا جا سکتا۔
ٹوپولوجی کے نقطہ نظر کا استعمال کرتے ہوئے محققین نے 2007 میں پہلا الیکٹرانک ٹوپولوجیکل انسولیٹر تیار کیا۔ یہ انسولیٹر اندرونی طور پر انسولیٹیڈ اور بیرونی طور پر موصل ہے۔ ان مواد کے کناروں یا سطحوں کے ساتھ حرکت کرنے والے الیکٹرون کسی بھی مداخلت کی سختی سے مزاحمت کرتے ہیں جو ان کے بہاؤ کو تبدیل کر سکتی ہے، اور انہیں "ٹوپولوجیکل طور پر محفوظ" کہا جاتا ہے۔
اس کے بعد سائنسدانوں نے فوٹونک ٹوپولوجیکل انسولیٹر ڈیزائن کیے جن میں روشنی بھی اسی طرح محفوظ ہے۔ ان مواد کی ساخت میں باقاعدگی سے تبدیلیاں ہوتی ہیں، تاکہ ایک مخصوص طول موج کی روشنی ان کے بیرونی حصے کے ساتھ بہتی ہو، اور کونوں اور نقائص پر بھی کوئی بکھریا ہوا یا نقصان نہ ہو۔
اگلا مرحلہ لیزر تیار کرنا ہے جس میں ٹوپولوجیکل تحفظ شامل ہے۔ اس طرح کا ٹوپولوجیکل لیزر ناپسندیدہ طول موج پیدا کرکے توانائی ضائع کرنے کے بجائے صرف ایک مطلوبہ طول موج کی روشنی کو موثر طریقے سے پیدا کر سکتا ہے۔ لاس اینجلس کی یونیورسٹی آف سدرن کیلیفورنیا کے طبیعیات دان مرسیدہ خجاویخان نے کہا کہ اس کے علاوہ "وہ مینوفیکچرنگ یا آپریشن کے دوران پیدا ہونے والے نقائص کے بارے میں زیادہ حساس نہیں ہیں"، جس کا مطلب یہ ہے کہ اگر ان میں نقائص بھی ہوں تو وہ ایسی خالص روشنی پیدا کریں گے۔ لہذا، ٹوپولوجیکل لیزر پیداوار کے عمل میں زیادہ پیداوار اور زیادہ طاقتور کارکردگی دیکھ سکتے ہیں۔
تاہم، پہلے ٹوپولوجی لیزر کو کام کرنے کے لئے پرجوش کرنے کے لئے ایک بیرونی لیزر کی ضرورت ہوتی ہے، جو عملی ایپلی کیشنز کو محدود کرتا ہے۔ حال ہی میں سائنسدانوں نے برقی طور پر چلنے والے ٹوپولوجیکل لیزر تیار کیے ہیں لیکن ان لیزر وں کو کم درجہ حرارت -264° سینٹی سینٹی لوڈ کرنے کی ضرورت ہوتی ہے جو ان کے اطلاقات کو بھی محدود کر دیتا ہے۔
یونیورسٹی آف سدرن کیلیفورنیا، خجاویخان اور دیگر ساتھیوں میں مطالعے کے مرکزی مصنف جے ہائک چوئی نے پہلا برقی طور پر پمپ شدہ کمرہ درجہ حرارت ٹوپولوجیکل لیزر تیار کیا ہے۔ انہوں نے نیچر کمیونیکیشنز کے ٨ جون کے شمارے میں اپنے نتائج کی تفصیل بیان کی۔
نئی ڈیوائس 10×10 رنگ نیٹ ورک پر مشتمل ہے، ہر انگوٹھی 30 مائیکرون چوڑی ہے۔ یہ انگوٹھیاں تقریبا ٥ مائیکرون چوڑی چھوٹی مستطیل انگوٹھیوں سے ایک دوسرے سے جڑی ہوئی ہیں۔ یہ تمام انگوٹھے سینڈوچ ڈھانچے ہیں جو ملٹی لیئر سیمی کنڈکٹرز پر مشتمل ہیں، جیسے انڈیئم گیلیئم آرسینیڈ، انڈیئم فاسفائیڈ، اور انڈیئم گیلیئم انڈیئم آرسینیڈ۔
روایتی لیزر میں صرف ایک گونجدار گہرائی ہے جو ہلکی توانائی ذخیرہ کرتی ہے، تاکہ یہ لیزر روشنی پیدا کرسکے۔ لیزر کی آؤٹ پٹ پاور بڑھانے کا ایک طریقہ یہ ہے کہ اسے ایک بڑی گہرائی دی جائے، لیکن اس کی وجہ سے لیزر ایک کی بجائے متعدد فریکوئنسیز خارج کرے گا۔ خجاویخان نے کہا کہ یہ نیا ٹوپولوجی لیزر اپنے 10×10 رنگ گرڈ کو متعدد جوڑوں والے ریسونیٹرز کے طور پر استعمال کرتا ہے، "بالکل ایک سے زیادہ کمروں کے ساتھ گھر کی تعمیر کی طرح" تاکہ خالص واحد طول موج روشنی خارج کرنے میں مدد مل سکے۔
جب لڑی کے کنارے پر الیکٹروڈز کو برقی طور پر گرڈ میں پمپ کیا جاتا ہے تو ہیلو 1.5 مائیکرون کی طول موج کے ساتھ لیزر روشنی پیدا کرتا ہے، جو آپٹیکل فائبر مواصلات میں سب سے زیادہ استعمال ہونے والا طول موج ہے۔ انگوٹھوں کا سائز اور جیومیٹری، انگوٹھوں کے درمیان مقام، اور سیمی کنڈکٹر پرتوں کی مخصوص موٹائی اور ترکیب اس بات کو یقینی بنانے میں مدد کرتی ہے کہ لیزر میں روشنی ٹوپولوجیکل طور پر محفوظ ہے۔
ٹوپولوجیکل پروٹیکشن لیزر کے کام میں مدد کرتا ہے، چاہے کچھ انگوٹھیاں ضائع ہو جائیں۔ ڈیوائس کی ٹوپولوجی اس بات کو یقینی بنانے میں بھی مدد کرتی ہے کہ اس سے خارج ہونے والی روشنی تقریبا تمام مطلوبہ طول موج ہے- ایک ایسی ہی لڑی، انگوٹھی کا محل وقوع قدرے مختلف ہے، لہذا ٹوپولوجی مختلف ہے، اور یہ کئی مختلف طول موجوں پر مشتمل کم روشنی خارج کرتا ہے۔ خالص سپیکٹرم.
خجاویخان نے کہا کہ ٹوپولوجیکل فوٹونیکس نے متعدد ریسوناٹرز کے باہمی رابطے کو نئے اور بہتر افعال کا احساس کرنا ممکن بنا دیا ہے۔ سوشل میڈیا سے لے کر حیاتیاتی ماحولیاتی نظام تک، رابطے نیٹ ورک کے افعال کا تعین کرتے ہیں، کامیابی اور لچک میں اہم کردار ادا کرتے ہیں۔
