বিস্তৃত বর্ণালীতে দ্বিতীয় হারমোনিকের উত্তেজনা

বিস্তৃত বর্ণালীতে দ্বিতীয় হারমোনিকের উত্তেজনা

১৯৬০-এর দশকে দ্বিতীয়-ক্রমের অরৈখিক আলোকীয় প্রভাব আবিষ্কারের পর থেকে এটি গবেষকদের মধ্যে ব্যাপক আগ্রহ জাগিয়েছে। এখন পর্যন্ত, দ্বিতীয় হারমোনিক এবং কম্পাঙ্কের প্রভাবের উপর ভিত্তি করে চরম অতিবেগুনি থেকে দূর-অবলোহিত ব্যান্ড পর্যন্ত আলোকীয় প্রভাব তৈরি করা হয়েছে।লেজারলেজারের উন্নয়নে ব্যাপকভাবে অবদান রেখেছিল,অপটিক্যালতথ্য প্রক্রিয়াকরণ, উচ্চ-রেজোলিউশন মাইক্রোস্কোপিক ইমেজিং এবং অন্যান্য ক্ষেত্র। অরৈখিক অনুসারেঅপটিক্সপোলারাইজেশন তত্ত্ব অনুসারে, জোড়-ক্রমের অরৈখিক আলোকীয় প্রভাব ক্রিস্টাল প্রতিসাম্যের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত, এবং অরৈখিক সহগ কেবলমাত্র কেন্দ্র-বিপরীত প্রতিসম নয় এমন মাধ্যমেই শূন্য হয়। সবচেয়ে মৌলিক দ্বিতীয়-ক্রমের অরৈখিক প্রভাব হিসেবে, কোয়ার্টজ ফাইবারের অনিয়তাকার গঠন এবং কেন্দ্র-বিপরীত প্রতিসাম্যের কারণে সেকেন্ড হারমোনিকস এর সৃষ্টি এবং কার্যকর ব্যবহারকে ব্যাপকভাবে বাধাগ্রস্ত করে। বর্তমানে, পোলারাইজেশন পদ্ধতি (অপটিক্যাল পোলারাইজেশন, থার্মাল পোলারাইজেশন, ইলেকট্রিক ফিল্ড পোলারাইজেশন) কৃত্রিমভাবে অপটিক্যাল ফাইবারের পদার্থের কেন্দ্র-বিপরীত প্রতিসাম্য নষ্ট করতে পারে এবং অপটিক্যাল ফাইবারের দ্বিতীয়-ক্রমের অরৈখিকতাকে কার্যকরভাবে উন্নত করতে পারে। তবে, এই পদ্ধতির জন্য জটিল এবং শ্রমসাধ্য প্রস্তুতি প্রযুক্তির প্রয়োজন হয় এবং এটি কেবল বিচ্ছিন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্যে কোয়াসি-ফেজ ম্যাচিং শর্ত পূরণ করতে পারে। ইকো ওয়াল মোডের উপর ভিত্তি করে অপটিক্যাল ফাইবারের রেজোনেন্ট রিং সেকেন্ড হারমোনিকসের বিস্তৃত বর্ণালীর উদ্দীপনাকে সীমাবদ্ধ করে। ফাইবারের পৃষ্ঠ কাঠামোর প্রতিসাম্য ভেঙে, বিশেষ কাঠামোর ফাইবারে পৃষ্ঠের সেকেন্ড হারমোনিকস একটি নির্দিষ্ট পরিমাণে বৃদ্ধি পায়, কিন্তু তা এখনও খুব উচ্চ শীর্ষ শক্তি সম্পন্ন ফেমটোসেকেন্ড পাম্প পালসের উপর নির্ভরশীল। অতএব, অল-ফাইবার কাঠামোতে দ্বিতীয়-ক্রমের অরৈখিক আলোকীয় প্রভাবের সৃষ্টি এবং রূপান্তর দক্ষতার উন্নতি, বিশেষ করে স্বল্প-ক্ষমতার অবিচ্ছিন্ন অপটিক্যাল পাম্পিং-এ বিস্তৃত-বর্ণালীর দ্বিতীয় হারমোনিক্সের সৃষ্টি, হলো অরৈখিক ফাইবার অপটিক্স ও ডিভাইস ক্ষেত্রে সমাধানযোগ্য মৌলিক সমস্যা, এবং এগুলোর গুরুত্বপূর্ণ বৈজ্ঞানিক তাৎপর্য ও ব্যাপক প্রয়োগমূল্য রয়েছে।

চীনের একটি গবেষক দল মাইক্রো-ন্যানো ফাইবারের সাথে একটি স্তরযুক্ত গ্যালিয়াম সেলেনাইড ক্রিস্টাল ফেজ ইন্টিগ্রেশন স্কিম প্রস্তাব করেছে। গ্যালিয়াম সেলেনাইড ক্রিস্টালের উচ্চ দ্বিতীয়-ক্রমের অরৈখিকতা এবং দীর্ঘ-পরিসরের বিন্যাসের সুবিধা নিয়ে, একটি বিস্তৃত-বর্ণালীর সেকেন্ড-হারমোনিক উত্তেজনা এবং বহু-ফ্রিকোয়েন্সি রূপান্তর প্রক্রিয়া বাস্তবায়িত হয়েছে, যা ফাইবারে বহু-প্যারামেট্রিক প্রক্রিয়ার উন্নতি এবং ব্রডব্যান্ড সেকেন্ড-হারমোনিক প্রস্তুতির জন্য একটি নতুন সমাধান প্রদান করে।আলোর উৎসএই পদ্ধতিতে দ্বিতীয় হারমোনিক এবং সাম ফ্রিকোয়েন্সি প্রভাবের কার্যকর উদ্দীপনা মূলত নিম্নলিখিত তিনটি মূল শর্তের উপর নির্ভর করে: গ্যালিয়াম সেলেনাইড এবং এর মধ্যে আলো-পদার্থের দীর্ঘ মিথস্ক্রিয়া দূরত্ব।মাইক্রো-ন্যানো ফাইবারস্তরযুক্ত গ্যালিয়াম সেলেনাইড স্ফটিকের উচ্চ দ্বিতীয়-ক্রম অরৈখিকতা ও দীর্ঘ-পরিসর শৃঙ্খলা এবং মৌলিক কম্পাঙ্ক ও কম্পাঙ্ক দ্বিগুণকরণ মোডের দশা সামঞ্জস্যের শর্তগুলো পূরণ হয়।

পরীক্ষায়, ফ্লেম স্ক্যানিং টেপারিং সিস্টেম দ্বারা প্রস্তুত মাইক্রো-ন্যানো ফাইবারের মিলিমিটার ক্রমের একটি সুষম শঙ্কু অঞ্চল রয়েছে, যা পাম্প লাইট এবং সেকেন্ড হারমোনিক তরঙ্গের জন্য একটি দীর্ঘ নন-লিনিয়ার অ্যাকশন লেংথ প্রদান করে। ইন্টিগ্রেটেড গ্যালিয়াম সেলেনাইড ক্রিস্টালের সেকেন্ড-অর্ডার নন-লিনিয়ার পোলারাইজেবিলিটি ১৭০ pm/V অতিক্রম করে, যা অপটিক্যাল ফাইবারের অন্তর্নিহিত নন-লিনিয়ার পোলারাইজেবিলিটির চেয়ে অনেক বেশি। অধিকন্তু, গ্যালিয়াম সেলেনাইড ক্রিস্টালের দীর্ঘ-পরিসরের সুশৃঙ্খল কাঠামো সেকেন্ড হারমোনিকগুলোর অবিচ্ছিন্ন ফেজ ইন্টারফেরেন্স নিশ্চিত করে, যা মাইক্রো-ন্যানো ফাইবারে বৃহৎ নন-লিনিয়ার অ্যাকশন লেংথের সুবিধাকে সম্পূর্ণরূপে কাজে লাগায়। আরও গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হলো, মাইক্রো-ন্যানো ফাইবার তৈরির সময় শঙ্কুর ব্যাস নিয়ন্ত্রণ করে এবং তারপর ওয়েভগাইড ডিসপারশন নিয়ন্ত্রণ করার মাধ্যমে পাম্পিং অপটিক্যাল বেস মোড (HE11) এবং সেকেন্ড হারমোনিক হাই অর্ডার মোডের (EH11, HE31) মধ্যে ফেজ ম্যাচিং অর্জন করা হয়।

উপরোক্ত শর্তগুলো মাইক্রো-ন্যানো ফাইবারে সেকেন্ড হারমোনিক্সের কার্যকর এবং ওয়াইড-ব্যান্ড এক্সাইটেশনের ভিত্তি স্থাপন করে। পরীক্ষা থেকে দেখা যায় যে, ১৫৫০ nm পিকোসেকেন্ড পালস লেজার পাম্পের অধীনে ন্যানোওয়াট স্তরে সেকেন্ড হারমোনিক্সের আউটপুট অর্জন করা সম্ভব, এবং একই তরঙ্গদৈর্ঘ্যের কন্টিনিউয়াস লেজার পাম্পের অধীনেও সেকেন্ড হারমোনিক্সকে দক্ষতার সাথে এক্সাইট করা যায়, এবং এর থ্রেশহোল্ড পাওয়ার কয়েকশ মাইক্রোওয়াটের মতো কম (চিত্র ১)। অধিকন্তু, যখন পাম্প লাইটকে কন্টিনিউয়াস লেজারের তিনটি ভিন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্যে (১২৭০/১৫৫০/১৫৯০ nm) প্রসারিত করা হয়, তখন ছয়টি ফ্রিকোয়েন্সি কনভার্সন তরঙ্গদৈর্ঘ্যের প্রতিটিতে তিনটি সেকেন্ড হারমোনিক্স (2w1, 2w2, 2w3) এবং তিনটি সাম ফ্রিকোয়েন্সি সিগন্যাল (w1+w2, w1+w3, w2+w3) পরিলক্ষিত হয়। পাম্প লাইটকে ৭৯.৩ ন্যানোমিটার ব্যান্ডউইথের একটি অতি-উজ্জ্বল আলোক-নিঃসরণকারী ডায়োড (SLED) আলোক উৎস দ্বারা প্রতিস্থাপন করলে, ২৮.৩ ন্যানোমিটার ব্যান্ডউইথের একটি বিস্তৃত-বর্ণালীর সেকেন্ড হারমোনিক উৎপন্ন হয় (চিত্র ২)। এছাড়াও, যদি এই গবেষণায় ব্যবহৃত ড্রাই ট্রান্সফার প্রযুক্তির পরিবর্তে কেমিক্যাল ভেপার ডিপোজিশন প্রযুক্তি ব্যবহার করা যায় এবং দীর্ঘ দূরত্বে মাইক্রো-ন্যানো ফাইবারের পৃষ্ঠে গ্যালিয়াম সেলেনাইড ক্রিস্টালের কম সংখ্যক স্তর তৈরি করা যায়, তবে সেকেন্ড হারমোনিক রূপান্তর দক্ষতা আরও উন্নত হবে বলে আশা করা যায়।

চিত্র ১: সম্পূর্ণ ফাইবার কাঠামোতে সেকেন্ড হারমোনিক জেনারেশন সিস্টেম এবং এর ফলাফল।

চিত্র ২ অবিচ্ছিন্ন অপটিক্যাল পাম্পিংয়ের অধীনে বহু-তরঙ্গদৈর্ঘ্য মিশ্রণ এবং বিস্তৃত বর্ণালীর দ্বিতীয় হারমোনিক