निःशुल्क फैब्री-पेरोट कैविटी

हाल ही में, नेचर कम्युनिकेशंस ने एक ऐतिहासिक फोटोनिक्स शोध कार्य प्रकाशित किया। सेंट्रल फ्लोरिडा विश्वविद्यालय के सीआरईओएल कॉलेज ऑफ ऑप्टिक्स एंड फोटोनिक्स और अन्य संस्थानों की एक शोध टीम ने नवोन्मेषी ढंग से प्रस्तावित और प्रयोगात्मक रूप से एक अनुनाद-मुक्त फैब्री-पेरोट (एफपी) गुहा का एहसास किया।

प्रकाश किरणों के कक्षीय कोणीय गति (ओएएम) में हेरफेर करने के लिए एक इंट्राकैविटी होलोग्राफिक चरण मास्क को नियोजित करके, अध्ययन लैगुएरे-गॉस (एलजी) मोड के अप्रतिबंधित क्रमिक क्रम वृद्धि को प्राप्त करता है। यह दृष्टिकोण मूल रूप से पारंपरिक ऑप्टिकल रेज़ोनेटर की असतत अनुनाद विशेषता को तोड़ता है, एक उपन्यास ऑप्टिकल गुहा बनाता है जो गुहा की लंबाई की गड़बड़ी से लगभग प्रतिरक्षा है। यह उच्च-स्थिरता ऑप्टिकल सेंसिंग, संरचित प्रकाश लेजर और गैर-हर्मिटियन फोटोनिक्स अनुसंधान के लिए बिल्कुल नए रास्ते खोलता है।

1. अनुसंधान पृष्ठभूमि और मौजूदा चुनौतियाँ पारंपरिक फैब्री-पेरोट (एफपी) गुंजयमान गुहा लेजर तकनीक, ऑप्टिकल सटीक सेंसिंग, क्वांटम ऑप्टिक्स और फोटॉन डिटेक्शन में एक मौलिक कोर उपकरण है। हालाँकि, इसमें अंतर्निहित और अपरिहार्य सीमाएँ हैं:

1. यह केवल कुछ विशिष्ट तरंग दैर्ध्य पर गुंजयमान शिखर उत्पन्न करता है, जिसके परिणामस्वरूप संकीर्ण ऑपरेटिंग बैंडविड्थ होता है।

2. यह गुहा की लंबाई भिन्नता के प्रति बेहद संवेदनशील है; कंपन और तापमान में उतार-चढ़ाव दोनों गुंजयमान तरंग दैर्ध्य बहाव का कारण बनते हैं, जिससे संवेदन सटीकता और लेजर स्थिरता में गिरावट आती है।

फैलाव इंजीनियरिंग और इंट्राकैविटी ऑप्टिकल क्षेत्र को आकार देने के माध्यम से प्रदर्शन में सुधार करने के पिछले प्रयास मूल रूप से गुहा-लंबाई निर्भरता और असतत अनुनाद को खत्म करने में विफल रहे हैं, जिससे व्यावहारिक अनुप्रयोगों को काफी हद तक प्रतिबंधित किया गया है।2। कोर इनोवेटिव डिज़ाइन और कार्य सिद्धांत यह शोध फैलाव विनियमन के माध्यम से अनुनादकों को संशोधित करने के पारंपरिक मार्ग से अलग है। इसके बजाय, यह अभिनव रूप से ऑप्टिकल क्षेत्र के स्थानिक मोड हेरफेर के साथ शुरू होता है और भौतिक तंत्र से मूल रूप से प्रतिध्वनि को समाप्त करता है।

अनुसंधान टीम ने मोड रूपांतरण के लिए मुख्य तत्व के रूप में एक कॉम्पैक्ट प्लानर एफपी कैविटी के अंदर एक होलोग्राफिक चरण मास्क (एचपीएम) को एकीकृत किया। यह आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले हर्माइट-गॉस (एचजी) मोड को छोड़ देता है और प्रसार के आधार के रूप में कक्षीय कोणीय गति (ओएएम) ले जाने वाले लैगुएरे-गॉस (एलजी) मोड को अपनाता है।

विकास के दौरान उत्पन्न उच्च-क्रम वाले एलजी मोड में अंतर्निहित ऑर्थोगोनैलिटी होती है, जो कई इंट्राकैविटी बीम की सुसंगत हस्तक्षेप स्थिति को तोड़ देती है। पारंपरिक गुहाओं की असतत अनुनाद चोटियाँ पूरी तरह से दबा दी जाती हैं, जिससे गुहा एक पूर्ण-सपाट, अनुनाद-मुक्त ब्रॉडबैंड वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया प्राप्त करने में सक्षम हो जाती है।

दोनों मोड के बीच मुख्य अंतर:

1. एचजी मोड: एक एकल घटक केवल दो निश्चित मोड के बीच स्विच कर सकता है, निरंतर क्रम वृद्धि प्राप्त करने में असमर्थ है, इसलिए प्रतिध्वनि को समाप्त नहीं किया जा सकता है।

2. एलजी-ओएएम मोड: सरल संरचना और आसान एकीकरण की विशेषता वाले केवल एक चरण मास्क के साथ सभी मोडल ऑर्डर की निरंतर वृद्धि को महसूस किया जा सकता है।

3. प्रायोगिक परिणाम और मुख्य हाइलाइट्स टीम ने फोटोथर्मोफ्रैक्टिव ग्लास का उपयोग करके होलोग्राफिक चरण मास्क का निर्माण किया और वॉल्यूम ब्रैग ग्रेटिंग्स के माध्यम से ब्रॉडबैंड मोड रूपांतरण का एहसास किया। एलजी मोड की औसत रूपांतरण दक्षता कम चरण विरूपण के साथ 87.5% से अधिक है, जो उच्च-ऑर्डर मोड के ऑर्थोगोनल प्रसार को सक्षम करती है।

प्रायोगिक तुलना से पता चलता है कि पारंपरिक एफपी गुहाएं अलग-अलग गुंजयमान चोटियों का प्रदर्शन करती हैं, और गुहा की लंबाई में किसी भी बदलाव के साथ उनका स्पेक्ट्रा महत्वपूर्ण रूप से बहाव करता है। इसके विपरीत, नई अनुनाद-मुक्त गुहा अनुनाद चोटियों को पूरी तरह से समाप्त कर देती है, जो इनपुट स्पेक्ट्रम के अनुरूप एक सपाट वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया प्रस्तुत करती है। यह तब भी स्थिर प्रदर्शन बनाए रखता है जब गुहा की लंबाई 350% से अधिक होती है, बाहरी गड़बड़ी के प्रति उत्कृष्ट प्रतिरक्षा का प्रदर्शन करती है। जब गॉसियन प्रकाश इंजेक्ट किया जाता है, तो 19वें क्रम तक एलजी मोड किसी भी क्रम पर प्रतिध्वनि उत्पन्न किए बिना उत्तेजित हो सकते हैं, जो अनुनाद-मुक्त तंत्र की प्रभावशीलता को पूरी तरह से सत्यापित करता है।