مفت فیبری-پیروٹ کیویٹی

حال ہی میں، نیچر کمیونیکیشنز نے ایک تاریخی فوٹوونکس تحقیقی کام شائع کیا۔ سینٹرل فلوریڈا یونیورسٹی اور دیگر اداروں کے CREOL کالج آف آپٹکس اینڈ فوٹوونکس کی ایک تحقیقی ٹیم نے اختراعی طور پر تجویز کی اور تجرباتی طور پر گونج سے پاک Fabry-Pérot (FP) گہا کا احساس کیا۔

روشنی کی شعاعوں کے مداری کونیی مومینٹم (OAM) کو جوڑنے کے لیے ایک intracavity ہولوگرافک فیز ماسک کا استعمال کرتے ہوئے، مطالعہ Laguerre-Gauss (LG) طریقوں کی غیر محدود تدریجی ترتیب میں اضافہ حاصل کرتا ہے۔ یہ نقطہ نظر بنیادی طور پر روایتی آپٹیکل ریزونیٹرز کی مجرد گونج کی خصوصیت کو توڑتا ہے، جس سے ایک نیا آپٹیکل گہا پیدا ہوتا ہے جو گہا کی لمبائی کی رکاوٹوں سے تقریباً محفوظ ہے۔ یہ اعلیٰ استحکام کی آپٹیکل سینسنگ، سٹرکچرڈ لائٹ لیزرز، اور غیر ہرمیٹیئن فوٹوونکس ریسرچ کے لیے بالکل نئی راہیں کھولتا ہے۔

1. تحقیقی پس منظر اور موجودہ چیلنجز روایتی Fabry-Pérot (FP) resonant cavity لیزر ٹیکنالوجی، آپٹیکل پریزیشن سینسنگ، کوانٹم آپٹکس اور فوٹوون کا پتہ لگانے میں ایک بنیادی بنیادی آلہ ہے۔ تاہم، اس میں موروثی اور ناگزیر حدود ہیں:

1. یہ صرف چند مخصوص طول موجوں پر گونجنے والی چوٹیوں کو پیدا کرتا ہے، جس کے نتیجے میں آپریٹنگ بینڈوڈتھ تنگ ہوتی ہے۔

2. یہ گہا کی لمبائی کی مختلف حالتوں کے لیے انتہائی حساس ہے۔ کمپن اور درجہ حرارت میں اتار چڑھاؤ دونوں گونجنے والی طول موج کے بڑھنے کا سبب بنتے ہیں، سینسنگ کی درستگی اور لیزر کے استحکام کو کم کرتے ہیں۔

ڈسپریشن انجینئرنگ اور انٹرا کیویٹی آپٹیکل فیلڈ شیپنگ کے ذریعے کارکردگی کو بہتر بنانے کی پچھلی کوششیں بنیادی طور پر گہا کی لمبائی کے انحصار اور مجرد گونج کو ختم کرنے میں ناکام رہی ہیں، جس سے عملی ایپلی کیشنز کو بہت زیادہ محدود کیا گیا ہے۔2۔ بنیادی اختراعی ڈیزائن اور کام کرنے کا اصول یہ تحقیق بازی ریگولیشن کے ذریعے ریزونیٹرز کو تبدیل کرنے کے روایتی راستے سے ہٹ جاتی ہے۔ اس کے بجائے، یہ اختراعی طور پر آپٹیکل فیلڈ کے مقامی موڈ ہیرا پھیری سے شروع ہوتا ہے اور بنیادی طور پر جسمانی میکانزم سے گونج کو ختم کرتا ہے۔

تحقیقی ٹیم نے ایک ہولوگرافک فیز ماسک (HPM) کو ایک کمپیکٹ پلانر FP cavity کے اندر موڈ کنورژن کے لیے بنیادی عنصر کے طور پر مربوط کیا۔ یہ عام طور پر استعمال ہونے والے ہرمائٹ – گاس (HG) طریقوں کو ترک کرتا ہے اور پھیلاؤ کی بنیاد کے طور پر مداری اینگولر مومینٹم (OAM) کو لے جانے والے Laguerre-Gauss (LG) طریقوں کو اپناتا ہے۔

ارتقاء کے دوران پیدا ہونے والے اعلیٰ ترتیب والے LG موڈز موروثی آرتھوگونالٹی کو نمایاں کرتے ہیں، جو متعدد انٹرا کیویٹی بیم کی مربوط مداخلت کی حالت کو توڑتا ہے۔ روایتی گہاوں کی مجرد گونجنے والی چوٹیوں کو مکمل طور پر دبا دیا جاتا ہے، جو گہا کو ایک ہمہ گیر، گونج سے پاک براڈ بینڈ سپیکٹرل ردعمل حاصل کرنے کے قابل بناتا ہے۔

دو طریقوں کے درمیان اہم فرق:

1. HG موڈ: ایک واحد جزو صرف دو فکسڈ طریقوں کے درمیان سوئچ کر سکتا ہے، مسلسل ترتیب میں اضافہ حاصل کرنے سے قاصر ہے، اس لیے گونج کو ختم نہیں کیا جا سکتا۔

2. LG-OAM موڈ: تمام موڈل آرڈرز کے مسلسل اضافہ کو صرف ایک فیز ماسک کے ساتھ حاصل کیا جا سکتا ہے، جس میں سادہ ساخت اور آسان انضمام کی خاصیت ہے۔

3. تجرباتی نتائج اور بنیادی جھلکیاں ٹیم نے ہولوگرافک فیز ماسک کو فوٹوتھرمورفریکٹیو گلاس کا استعمال کرتے ہوئے بنایا اور والیوم بریگ گریٹنگز کے ذریعے براڈ بینڈ موڈ کی تبدیلی کا احساس کیا۔ LG موڈز کی اوسط تبادلوں کی کارکردگی کم فیز ڈسٹورشن کے ساتھ 87.5% سے زیادہ ہے، جو کہ ہائی آرڈر موڈز کے آرتھوگونل پروپیگیشن کو قابل بناتا ہے۔

تجرباتی موازنہ سے پتہ چلتا ہے کہ روایتی FP cavities مجرد گونجنے والی چوٹیوں کی نمائش کرتی ہیں، اور گہا کی لمبائی میں کسی بھی تبدیلی کے ساتھ ان کا سپیکٹرا نمایاں طور پر بڑھتا ہے۔ اس کے برعکس، نئی گونج سے پاک گہا مکمل طور پر گونجنے والی چوٹیوں کو ختم کر دیتی ہے، جو ان پٹ سپیکٹرم کے مطابق ایک فلیٹ سپیکٹرل ردعمل پیش کرتی ہے۔ یہ مستحکم کارکردگی کو برقرار رکھتا ہے یہاں تک کہ جب گہا کی لمبائی 350٪ کے دورانیے میں مختلف ہوتی ہے، بیرونی ہنگاموں کے خلاف بہترین قوت مدافعت کا مظاہرہ کرتی ہے۔ جب Gaussian لائٹ انجکشن کی جاتی ہے، تو 19 ویں آرڈر تک LG موڈز کو کسی بھی ترتیب پر گونج پیدا کیے بغیر پرجوش کیا جا سکتا ہے، جو گونج سے پاک میکانزم کی تاثیر کی مکمل تصدیق کرتا ہے۔