स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय के भौतिकविदों की एक टीम ने हाल ही में घोषणा की कि उन्होंने एक नया ऑप्टिकल एम्पलीफायर विकसित किया है जो केवल उंगलियों के आकार के बारे में है। यह केवल कुछ सौ मिलीवाट बिजली की खपत करते हुए ऑप्टिकल सिग्नल की तीव्रता को लगभग 100 गुना बढ़ा सकता है, जबकि कम शोर और पूर्ण-बैंडविड्थ प्रदर्शन को बनाए रखता है, जिससे भविष्य में एकीकृत फोटोनिक चिप्स और बैटरी चालित उपकरणों के लिए नई संभावनाएं खुलती हैं। प्रासंगिक परिणाम नेचर पत्रिका में प्रकाशित किए गए थे।
ऑप्टिकल एम्पलीफायर ऑडियो सिस्टम में पावर एम्पलीफायर की तरह कार्य करते हैं और ऑप्टिकल सिग्नल की तीव्रता को बढ़ाने के लिए उपयोग किए जाते हैं। वे ऑप्टिकल फाइबर संचार और उपग्रह संचार जैसी विभिन्न ऑप्टिकल-आधारित प्रौद्योगिकियों में एक महत्वपूर्ण कड़ी हैं। वर्तमान में सामान्य कॉम्पैक्ट ऑप्टिकल एम्पलीफायरों में आम तौर पर उच्च बिजली की खपत, उच्च शोर होता है, और चिप्स में एकीकृत होने की सीमाएं होती हैं। स्टैनफोर्ड टीम द्वारा प्रस्तावित योजना "ऊर्जा पुनर्प्राप्ति" डिज़ाइन के माध्यम से दक्षता में सुधार लाने और बैंडविड्थ और शोर प्रदर्शन का त्याग किए बिना ऊर्जा खपत को कम करने पर केंद्रित है।
पेपर के संबंधित लेखक और स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी में स्कूल ऑफ ह्यूमैनिटीज एंड साइंसेज में भौतिकी के एसोसिएट प्रोफेसर अमीर सफवी-नैनी ने कहा कि यह एक नए प्रकार के ऑप्टिकल एम्पलीफायर को प्राप्त करने का पहला मौका है जो वास्तव में बहुमुखी और कम-शक्ति वाला है। यह ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम में बैंड की एक विस्तृत श्रृंखला को कवर कर सकता है और चिप पर एकीकृत होने के लिए पर्याप्त कुशल है, इस प्रकार अधिक जटिल ऑप्टिकल सिस्टम के निर्माण के लिए आधार प्रदान करता है।
शोध टीम के अनुसार, कॉम्पैक्ट चिप-स्तर के आकार को बनाए रखते हुए एम्पलीफायर इनपुट ऑप्टिकल सिग्नल की तीव्रता को लगभग 100 गुना बढ़ा सकता है। इसके लिए केवल सैकड़ों मिलीवाट बिजली की आवश्यकता होती है, जिससे समान उपकरणों की तुलना में ऊर्जा की खपत काफी कम हो जाती है। अपने छोटे आकार और कम बिजली की खपत के कारण, डिवाइस को सीधे बैटरी द्वारा संचालित और लैपटॉप और स्मार्टफोन जैसे पोर्टेबल टर्मिनलों में एम्बेडेड होने की उम्मीद है। सिग्नल प्रवर्धन प्रक्रिया के दौरान, नया उपकरण अतिरिक्त शोर को प्रभावी ढंग से दबा सकता है और मौजूदा कॉम्पैक्ट एम्पलीफायरों की तुलना में व्यापक ऑपरेटिंग बैंडविड्थ प्रदान कर सकता है, ऑप्टिकल आवृत्तियों की एक विस्तृत श्रृंखला का समर्थन करता है, डेटा क्षमता बढ़ाता है और हस्तक्षेप को कम करता है।
इस एम्पलीफायर का मूल ऊर्जा पुनर्प्राप्ति और "पंप लाइट" का उपयोग में निहित है। पारंपरिक डिज़ाइन में, पंप लाइट केवल ड्राइविंग माध्यम के रूप में कार्य करती है, और इसकी ऊर्जा उपयोग दक्षता सीमित है। हालाँकि, स्टैनफोर्ड टीम सिस्टम के अंदर पंप प्रकाश को प्रसारित करने और इसे लगातार बढ़ाने के लिए एक गुंजयमान संरचना का उपयोग करती है, जिससे कम इनपुट शक्ति के साथ उच्च क्षेत्र की ताकत प्राप्त होती है। पेपर के सह-प्रथम लेखक और सफवी-नैनी अनुसंधान समूह में डॉक्टरेट छात्र डेविन डीन ने बताया कि पंप ऊर्जा को रीसाइक्लिंग करके, टीम ने अन्य प्रमुख प्रदर्शन संकेतकों का त्याग किए बिना एम्पलीफायर दक्षता में सुधार हासिल किया।
विशेष रूप से, शोधकर्ताओं ने डिवाइस में "प्रकाश को वापस प्रतिबिंबित करने" के लिए लेजर अनुनाद गुहा के समान एक संरचना का उपयोग किया, जिससे यह बार-बार गुहा में आगे और पीछे यात्रा करता है और धीरे-धीरे तीव्रता जमा करता है। इस डिज़ाइन में, पंप प्रकाश एक "रेसट्रैक" के आकार के रिंग रेज़ोनेटर में घूमता है और लक्ष्य सिग्नल के लिए अधिक कुशल लाभ प्रदान करने के लिए बंद लूप के साथ लगातार बढ़ता है। यह "ऑप्टिकल रेसट्रैक" संरचना सिस्टम को कम इनपुट ऊर्जा पर उच्च पंप तीव्रता प्राप्त करने की अनुमति देती है, जिससे समग्र ऊर्जा दक्षता में काफी सुधार होता है।
कम बिजली की खपत और चिप-स्तरीय संकोचन के कारण, इस एम्पलीफायर को उच्च गति डेटा संचार, बायोसेंसिंग और नए प्रकाश स्रोतों के विकास सहित विभिन्न अनुप्रयोग परिदृश्यों में लागू किए जाने की उम्मीद है। डीन ने कहा कि एक बार इस तरह के उपकरण का बड़े पैमाने पर उत्पादन किया जा सकता है और बैटरी द्वारा संचालित किया जा सकता है, तो इसका अनुप्रयोग स्थान बहुत व्यापक होगा क्योंकि यह काफी छोटा है और इसे विभिन्न टर्मिनल उपकरणों में बैचों में तैनात किया जा सकता है।
शोध पत्र का शीर्षक "द्वितीय-हार्मोनिक अनुनाद के माध्यम से कम-शक्ति एकीकृत ऑप्टिकल प्रवर्धन" है और लेखक स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय और भागीदार संस्थानों से हैं। शोध कार्य को अमेरिकी रक्षा उन्नत अनुसंधान परियोजना एजेंसी (डीएआरपीए), जापान के एनटीटी रिसर्च और अमेरिकी राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन द्वारा वित्त पोषित किया गया है।
/ScitechDaily से संकलित