"माइक्रोवेव में फोटॉन": एक नियंत्रित फोटॉन दो-स्तरीय प्रणाली का निर्माण

"अंधेरे समय में भी खुशी मिल सकती है, अगर आप प्रकाश की ओर मुड़ना नहीं भूलते।" ये शब्द एक काल्पनिक चरित्र द्वारा कहे गए थे जो विज्ञान से काफी दूर है। लेकिन हमारी दुनिया में, वैज्ञानिक अक्सर अपनी सच्ची खुशी - नई खोजों की तलाश में प्रकाश की ओर रुख करते हैं। और प्रकाश में क्या होता है, इसलिए बोलने के लिए? फोटोंस की। यह प्राथमिक कण कई खोजों, प्रौद्योगिकियों और अनुसंधान का आधार बन गया है। लेकिन आज तक, इसके गुण किसी के लिए पूरी तरह से अज्ञात हैं। लेकिन यह वैज्ञानिकों को अपने कार्यों, व्यावहारिक या सैद्धांतिक में फोटॉन का उपयोग जारी रखने से नहीं रोकता है। आज हम फोटॉन प्रणाली के अध्ययन से परिचित होंगे, जो वैज्ञानिकों के अनुसार आपको फोटॉन की ऊर्जा और चरण पर पूर्ण नियंत्रण प्राप्त करने की अनुमति देगा। इसके लिए, परमाणु और आणविक प्रणालियों के गुणों का उपयोग करना आवश्यक है, जहां बाहरी विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों की स्थिति पर नियंत्रण संभव है। कैसे, क्यों और क्यों - हम शोधकर्ताओं की रिपोर्ट से सीखते हैं। चलो चलते हैं।

अध्ययन का आधार

दो-स्तरीय फोटॉन प्रणाली के सुसंगत इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल नियंत्रण का एक महत्वपूर्ण कारक फोटॉन की अवधि है, जो कि एक राज्य से दूसरे राज्य में सिस्टम के सरल संक्रमण के लिए सभी ऊर्जा राज्यों की तुलना में अधिक लंबा होना चाहिए। इसे प्राप्त करने के लिए, इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल नियंत्रण विधियों का उपयोग करना आवश्यक है। हालांकि, कई मुश्किलें हैं। ऑप्टिकल एम्पलीफायरों के साथ बड़े ऑप्टिकल सिस्टम एक शास्त्रीय दो-स्तरीय प्रणाली का अनुकरण कर सकते हैं, लेकिन फोटॉनों की क्वांटम सुसंगतता ऑपरेशन के दौरान बस नष्ट हो जाती है। यदि आप पारंपरिक एकीकृत फ़ोटोनिक प्लेटफ़ॉर्म का उपयोग करते हैं, तो वे एक फोटॉन और फास्ट मॉड्यूलेशन के दीर्घकालिक अस्तित्व के लिए प्रदान नहीं कर सकते हैं। इसलिए, वे वैज्ञानिकों के उद्देश्यों के लिए भी उपयुक्त नहीं हैं। लेकिन सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO ₂ ) या सिलिकॉन नाइट्राइड (Si ₃ N ₄ ) पर आधारित गुंजयमान यंत्र को थर्मल प्रभाव के माध्यम से विशेष रूप से विद्युत रूप से नियंत्रित किया जा सकता है। फास्ट इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेशन को सिलिकॉन, ग्राफीन और विभिन्न पॉलिमर के आधार पर विद्युत सक्रिय फोटोनिक प्लेटफार्मों द्वारा प्रदान किया जाता है। यह एक स्पष्ट लाभ है, लेकिन इलेक्ट्रोनिक रूप से निष्क्रिय प्लेटफार्मों की तुलना में ऐसे सिस्टम में फोटॉन का जीवनकाल बेहद कम है।

और, जैसा कि अक्सर होता है जब कोई मौजूदा कार्यकर्ता नहीं होता है और कुछ प्रभावी होता है, वैज्ञानिक अपना संस्करण बनाते हैं। इस मामले में, यह एक दो-स्तरीय फोटॉन प्रणाली है जिसे गीगाहर्ट्ज़ माइक्रोवेव सिग्नल द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है।

यह प्रणाली लिथियम नीओबेट (छवि c ) के दो माइक्रो-रिंग्स वाला एक उपकरण है, जिसके व्यास 80 माइक्रोन हैं। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि छल्ले के बीच की दूरी बेहद छोटी है, जैसा कि एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप ( ए ) की छवि में देखा जा सकता है।


डिवाइस स्नैपशॉट

बी के ऊपर की छवि रिंग गुंजयमान यंत्र में ऑप्टिकल मोड के प्रोफाइल के क्रॉस सेक्शन को दिखाती है। लेकिन डी एक चिप पर उपरोक्त उपकरणों के सरणी का एक स्नैपशॉट है।


प्रायोगिक सेटअप

परीक्षण के तहत डिवाइस वैकल्पिक रूप से एक ट्यून करने योग्य दूरसंचार लेजर (तरंग दैर्ध्य 1630 एनएम) द्वारा पंप किया जाता है। इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल न्यूनाधिक (ईओ मॉड) और ध्रुवीकरण नियंत्रक (पीएलसी) के माध्यम से गुजरने वाला प्रकाश, लेंस फाइबर के माध्यम से चिप में प्रवेश करता है। आउटगोइंग ऑप्टिकल सिग्नल एक फाइबर के माध्यम से 12 GHz फोटोडेटेक्टर को भेजा जाता है। उसके बाद, परिवर्तित विद्युत संकेत ऑसिलोस्कोप को भेजा जाता है। माइक्रोवेव नियंत्रण संकेतों को AWG (आर्बिटवर्ट वेवफॉर्म जेनरेटर) द्वारा जनरेट किया जाता है, और फिर डिवाइस में प्रवर्धित और भेजा जाता है। प्रत्यक्ष वर्तमान को नियंत्रित करने के लिए, एक टी-आकार के पूर्वाग्रह (बायस टी) का उपयोग किया गया था।

कम ऑप्टिकल नुकसान और माइक्रोवेव इलेक्ट्रोड के सह-एकीकरण के लिए धन्यवाद, वैज्ञानिक> 30 गीगाहर्ट्ज का एक बहुत प्रभावशाली बैंडविड्थ प्राप्त करने में सक्षम थे, 0.5 गीगाहर्ट्ज / वी की मॉड्यूलेशन दक्षता और 2 एनएम का एक फोटॉन जीवन।


चित्र संख्या 1

समान और परस्पर ऑप्टिकल माइक्रो-रिंग रेज़ोनेटर की एक जोड़ी के कारण एक दो-स्तरीय फोटॉन प्रणाली लागू की जाती है (छवि 1 ए में यह ω1 = ω2 है)। ऐसा बंधन दो ऊर्जा स्तरों के साथ एक अजीब फोटॉन अणु बनाता है: सममित मोड (एस) और असममित मोड (एएस)। और माइक्रोवेव क्षेत्र प्रणाली के साथ मजबूत Pockels प्रभाव * के माध्यम से बातचीत करता है।

पॉक्सल्स प्रभाव * - एक निरंतर या वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र के संपर्क में आने पर प्रकाश की दोहरी अपवर्तन की उपस्थिति।

दो ऊर्जा स्तरों की पुष्टि ऑप्टिकल ट्रांसमिशन (ग्राफ 1 सी ) का माप है।

ऑप्टिकल मोड्स को स्वयं इस प्रकार विभाजित किया गया है: 2μ = 2 7 x 7 GHz। और प्रत्येक के लिए प्रतिध्वनि की वर्णक्रमीय रेखा π = 2 96 x 96 MHz है, जो गुणवत्ता कारक Q = 1.9 x 10 ^{6 से} मेल खाती है। ये संकेतक एक बार फिर से प्राप्त फोटोनिक दो-स्तरीय प्रणाली की स्थिरता की पुष्टि करते हैं।

सिस्टम की निगरानी के लिए मुख्य साधन एक निरंतर तरंग के साथ एक सुसंगत माइक्रोवेव क्षेत्र है। वैज्ञानिक बताते हैं कि नियंत्रण का ऐसा "प्रारूप" परमाणु दो-स्तरीय प्रणालियों के समान है। लेकिन एक महत्वपूर्ण अंतर है: फोटॉन सिस्टम में, दो स्तरों में से प्रत्येक 1 से अधिक फोटॉन भर सकता है।

जब माइक्रोवेव आवृत्ति दो स्तरों के ऊर्जा अंतर के साथ मेल खाती है, तो दो मोड्स (एस और एएस) के बीच एक स्थिर कनेक्शन उत्पन्न होता है, जो शुरू में अलग थे। यह ऊर्जा के स्तर को विभाजित करता है, जिसे आउटलर-टाउनस प्रभाव (छवि 2 ए ) भी कहा जाता है।


चित्र संख्या 2

परीक्षण प्रणाली में, माइक्रोवेव संकेतों के आयाम को नियंत्रित करना संभव है, जो आपको कई गीगाहर्ट्ज़ ( 2 बी ) के स्तर पर विभाजन की आवृत्ति सेट करने की अनुमति देता है। यदि माइक्रोवेव आवृत्ति संक्रमण आवृत्ति से बहुत परेशान है, तो एक फैलाव प्रभाव उत्पन्न होता है, जो परमाणु प्रणालियों ( 2c ) में चर स्टार्क प्रभाव के बराबर होता है। यह प्रभाव आपको परीक्षण किए गए फोटोनिक अणु के ऊर्जा स्तरों के बीच बंधन शक्ति की डिग्री को नियंत्रित करने की अनुमति देता है।


चित्र संख्या 3

ऊपरी दो छवियां फोटॉन अणु के सुसंगत वर्णक्रमीय गतिशीलता को दिखाती हैं, अधिक सटीक रूप से, सिस्टम पर विभिन्न माइक्रोवेव प्रभावों के तहत रबी दोलनों का मापन: 3 ए - प्रयोगात्मक डेटा और 3 बी - सैद्धांतिक डेटा। डेटा विश्लेषण से पता चलता है कि रबी आवृत्तियों की काफी विस्तृत श्रृंखला पर नियंत्रण है।

चित्रा 3c 1.1 GHz की आवृत्ति पर 1.1 V की माइक्रोवेव क्रिया के तहत रबी दोलन दिखाता है, जो बलोच क्षेत्र के वास्तविक अक्ष से मेल खाती है। बदले में, 3 डी ग्राफ फोटोडेटेक्टर पर प्रवर्धित संकेतों को दर्शाता है, जो रैमसे हस्तक्षेप के परिणाम हैं।

और अब हम फाइनल में जाते हैं, लेकिन कम से कम महत्वपूर्ण आयाम नहीं।

प्रयोग में, वैज्ञानिकों ने ऑप्टिकल संकेतों को संसाधित करने की किसी भी महत्वपूर्ण कार्य को करने के लिए एकात्मक आवृत्ति रूपांतरण का उपयोग करने का निर्णय लिया - मांग पर फोटॉनों का भंडारण और निष्कर्षण।

वैज्ञानिक ध्यान दें कि एक स्थिर अनुनादक का उपयोग फोटॉन प्रसार की प्रक्रिया को धीमा कर सकता है, लेकिन इस तरह की मंदी अनुनाद आवृत्तियों द्वारा सीमित है, इसलिए उन्हें नियंत्रित नहीं किया जा सकता है।

लेकिन डायनामिक रूप से मॉड्यूलेट किए गए रेज़ोनेटर के इस्तेमाल से ऐसे नुकसान नहीं होते हैं। रेज़ोनेटर पर फोटॉनों की रिकॉर्डिंग और एक बाहरी वेवगाइड से फोटॉनों को पढ़ने पर नियंत्रण पाने के लिए, रेज़ोनेटर में फोटॉन के जीवन की समाप्ति से पहले ऑप्टिकल युग्मन शक्ति को बदलना आवश्यक है।


चित्र संख्या 4

इसे प्राप्त करने के लिए, 15 वी का एक डीसी पूर्वाग्रह लागू किया गया था, जिसने फोटोनिक अणु को "अंधेरे" और "प्रकाश" मोड की एक जोड़ी में सुधार करना संभव बना दिया। प्रकाश फैशन पहली अंगूठी ( 4 ए ) में स्थित है। चूँकि उसकी अभी भी इनपुट ऑप्टिकल वेवगाइड तक पहुँच है, उसे वैकल्पिक रूप से प्रकाश कहा जाता है। डार्क मोड दूसरी रिंग में स्थित है और वेवगाइड से जुड़ा नहीं है; इसलिए, इसे ऑप्टिकली डार्क कहा जाता है। हालांकि, दो ऑप्टिकल मोड के बीच अंतर के साथ मेल खाने वाली आवृत्ति के साथ माइक्रोवेव विकिरण को लागू करके अंधेरे मोड तक पहुंच प्राप्त की जा सकती है। यह प्रक्रिया इन मोड ( 4 बी पर रेखांकन) के बीच एक स्थिर कनेक्शन के गठन की ओर ले जाती है।

प्रकाश मोड में एक माइक्रोवेव सिग्नल का उपयोग आपको इसे अंधेरे ( 4s ) में परिवर्तित करने की अनुमति देता है। जब माइक्रोवेव सिग्नल को बंद कर दिया जाता है, तो फोटोन अंधेरे मोड में रहते हैं, इसलिए वे वेवगाइड से अलग हो जाते हैं। अंधेरे मोड में प्राप्त ऑप्टिकल दालों की तीव्रता का विश्लेषण करने के बाद, इसके अस्तित्व की अवधि - 2 नैनोसेकंड, और यह 2 गुना लंबे समय तक स्थापित करना संभव था। प्रकाश मोड ( 4 डी ) की तुलना में।

अध्ययन के एक विस्तृत अध्ययन के लिए, मेरी सलाह है कि आप वैज्ञानिकों की रिपोर्ट देखें।

उपसंहार

वैज्ञानिकों के अनुसार, यह अध्ययन फोटॉनों के गुणों और भविष्य में डेटा ट्रांसमिशन और भंडारण प्रौद्योगिकियों में उनके आवेदन के तरीकों का अध्ययन करने में एक उपयोगी उपकरण हो सकता है।

फोटॉनों के साथ इस तरह की जोड़तोड़ को लागू करना अभी भी मुश्किल है, हालांकि उनमें काफी संभावनाएं हैं। एक नियंत्रित फोटॉन दो-स्तरीय (और भविष्य में, मल्टी-लेवल, शोधकर्ताओं के अनुसार) प्रणाली की यह तकनीक पूरी तरह से नए फोटॉन गणना, क्वांटम कंप्यूटर और टोपोलॉजिकल फोटोनिक्स में लागू की जा सकती है।

तमाम कठिनाइयों के बावजूद, वैज्ञानिक उच्च तकनीक के बारे में सपने देखते रहते हैं और इन सपनों को साकार करने के लिए सब कुछ कर रहे हैं। आखिरकार, इस दुनिया में कुछ भी सही नहीं है, जिसका अर्थ है कि बहुत कुछ है जो सुधार किया जा सकता है और होना चाहिए।

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