पोलारिटोनिक्स

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चित्र 1: पोलारिटोनिक्स इलेक्ट्रॉनिक्स के बीच असंगति को हल कर सकता है, जो गति में वृद्धि के लिए तकनीकी और भौतिक बाधाओं से ग्रस्त है, और फोटोनिक्स, जिसके लिए प्रकाश स्रोत और मार्गदर्शक संरचनाओं के हानिपूर्ण एकीकरण की आवश्यकता होती है। मैग्नॉन-पोलरिटोन और एक्सिटोन-पोलरिटोन जैसे अन्य quisiparticle ्स/सामूहिक उत्तेजना, उनके स्थान को ऊपर पहचाना गया है, उसी तरह से शोषक हो सकते हैं जैसे कि फोनोन-पोलरिटोन पोलरिटॉनिक्स के लिए होते हैं।

पोलारिटॉनिक्स फोटोनिक्स और उप-माइक्रो लहर इलेक्ट्रानिक्स के बीच एक मध्यवर्ती व्यवस्था है (चित्र 1 देखें)। इस व्यवस्था में, संकेतों को वर्तमान (विद्युत ) या फोटॉन के अतिरिक्त फोनोन-पोलरिटोन के रूप में जाना जाने वाले विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम और जाली कंपन तरंगों के मिश्रण द्वारा ले जाया जाता है। चूँकि फोनोन-पोलरिटोन सैकड़ों गीगाहर्ट्ज़ से लेकर कई टेराहर्ट्ज़ (इकाई) तक की आवृत्ति के साथ प्रचार करते हैं, पोलरिटोनिक्स इलेक्ट्रॉनिक्स और फोटोनिक्स के बीच की अंतर को पाटता है। पोलरिटॉनिक्स के लिए एक सम्मोहक प्रेरणा उच्च गति संकेत आगे बढ़ाना और रैखिक और गैर-रैखिक टेराहर्ट्ज स्पेक्ट्रोस्कोपी की मांग है। इलेक्ट्रॉनिक्स, फोटोनिक्स और पारंपरिक टेराहर्ट्ज़ स्पेक्ट्रोस्कोपी पर पोलारिटोनिक्स के अलग-अलग लाभ हैं, जिसमें यह एक पूरी तरह से एकीकृत प्लेटफ़ॉर्म की क्षमता प्रदान करता है जो टेराहर्ट्ज़ तरंग उत्पादन, मार्गदर्शन, हेरफेर और एकल प्रतिरूप वाली पदार्थ में रीडआउट का समर्थन करता है।

इलेक्ट्रॉनिक्स और फोटोनिक्स की तरह पोलारिटोनिक्स के लिए तीन तत्वों की आवश्यकता होती है: शक्तिशाली तरंग निर्माण, पहचान और मार्गदर्शन और नियंत्रण इन तीनों के बिना पोलरिटोनिक्स को केवल फोनोन-पोलरिटोन तक कम कर दिया जाएगा ठीक वैसे ही जैसे इलेक्ट्रॉनिक्स और फोटोनिक्स को केवल विद्युत चुम्बकीय विकिरण तक कम कर दिया जाएगा। इलेक्ट्रॉनिक्स और फोटोनिक्स में उपकरण की कार्यक्षमता के समान कार्यक्षमता को सक्षम करने के लिए इन तीन तत्वों को जोड़ा जा सकता है।

चित्रण

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चित्र 2: एक एकल प्रतिरूप वाली पदार्थ में पूरी तरह से एकीकृत टेराहर्ट्ज़ तरंग उत्पादन, मार्गदर्शन, हेरफेर और रीडआउट को दर्शाते हुए एक पोलरिटॉनिक परिपथ का काल्पनिक चित्रण। वेवगाइड प्रवेश द्वार के पास क्रिस्टल में गुजरने ऑप्टिकल उत्तेजना दालों को केंद्रित करके ऊपरी बाएं और निचले दाएं हाथ के कोनों में फोनोन-पोलरिटोन उत्पन्न होते हैं। फोनन-पोलरिटोन बाद में उत्तेजना क्षेत्र से दूर और वेवगाइड्स में फैलते हैं। सिग्नल प्रोसेसिंग और परिपथ कार्यक्षमता गुंजयमान गुहाओं, परावर्तकों, ध्यान केंद्रित करने वाले तत्वों, युग्मित वेवगाइड्स, स्प्लिटर्स, कॉम्बिनर्स, इंटरफेरोमीटर, और फोटोनिक बैंडगैप संरचनाओं द्वारा मिलिंग चैनलों द्वारा बनाई गई है जो पूरी तरह से क्रिस्टल की मोटाई में फैली हुई है।

पोलरिटोनिक उपकरणों की कार्यक्षमता को स्पष्ट करने के लिए, चित्र 2 (दाएं) में काल्पनिक परिपथ पर विचार करें। ऑप्टिकल उत्तेजना दालें जो क्रिस्टल के ऊपरी बाएँ और निचले दाएँ भाग में फोनन-पोलरिटोन उत्पन्न करती हैं क्रिस्टल चेहरे (पृष्ठ में) के लिए सामान्य प्रवेश करती हैं। परिणामी फोनन-पोलरिटोन बाद में उत्तेजना क्षेत्रों से दूर यात्रा करेंगे। वेवगाइड में प्रवेश परावर्तक और फ़ोकसिंग संरचनाओं द्वारा सुगम होता है। फ़ोनॉन-पोलरिटोन को परिपथ के माध्यम से निर्देशित किया जाता है, जिसे टेराहर्ट्ज़ वेवगाइड्स द्वारा क्रिस्टल में उकेरा जाता है। परिपथ कार्यक्षमता शीर्ष पर इंटरफेरोमीटर संरचना और परिपथ के निचले भाग में युग्मित वेवगाइड संरचना में रहती है। उत्तरार्द्ध एक फोटोनिक बैंडगैप संरचना को एक दोष (पीला) के साथ नियोजित करता है जो युग्मित वेवगाइड के लिए अस्थिरता प्रदान कर सकता है।

वेवफॉर्म जनरेशन

फेरोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल में उत्पन्न फोनोन-पोलरिटोन, फेरोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल के उच्च डाइलेक्ट्रिक स्थिरांक के कारण लगभग पार्श्व रूप से उत्तेजना पल्स का प्रसार करते हैं, जिससे उन्हें उत्पन्न करने वाले उत्तेजना पल्स से फोनन-पोलरिटोन के आसान पृथक्करण की सुविधा मिलती है। फोनोन-पोलरिटोन इसलिए प्रत्यक्ष अवलोकन के साथ-साथ सुसंगत हेरफेर के लिए उपलब्ध हैं, क्योंकि वे उत्तेजना क्षेत्र से क्रिस्टल के अन्य भागों में जाते हैं। पार्श्व प्रचार एक ध्रुवीय मंच के लिए सर्वोपरि है जिसमें एक क्रिस्टल में पीढ़ी और प्रसार होता है। चेरेंकोव विकिरण का एक पूर्ण उपचार चेरेंकोव-विकिरण-जैसी टेराहर्ट्ज़ तरंग प्रतिक्रिया से पता चलता है कि सामान्यतः आगे प्रसार घटक भी होता है जिसे कई स्थिति में माना जाना चाहिए।

संकेतों का पता लगाना

फ़ोनॉन-पोलरिटोन प्रसार का प्रत्यक्ष अवलोकन वास्तविक-अंतरिक्ष इमेजिंग द्वारा संभव बनाया गया था, जिसमें टैलबोट चरण-से-आयाम रूपांतरण का उपयोग करके फ़ोनॉन-पोलरिटोन के स्थानिक और लौकिक प्रोफाइल को सीसीडी कैमरा पर चित्रित किया गया है। यह अपने आप में एक असाधारण सफलता थी। यह पहली बार था कि विद्युत चुम्बकीय तरंगों को सीधे चित्रित किया गया था, जो एक तालाब में लहरों की तरह दिखाई देता है जब पानी की सतह के माध्यम से एक चट्टान गिरती है (चित्र 3 देखें) रियल-स्पेस इमेजिंग पोलरिटॉनिक्स में पसंदीदा संसूचक विधि है चूँकि ऑप्टिकल केर-गेटिंग, टाइम सॉल्वड विवर्तन , इंटरफेरोमेट्रिक प्रोबिंग और टेराहर्ट्ज़ क्षेत्र प्रेरित दूसरी-हार्मोनिक पीढ़ी जैसी अन्य पारंपरिक विधि कुछ अनुप्रयोगों में उपयोगी हैं, जहां रियल-स्पेस इमेजिंग नहीं है। आसानी से नियोजित उदाहरण के लिए कुछ दसियों माइक्रोमीटर के क्रम में फीचर आकार वाली प्रतिरूप वाली पदार्थ इमेजिंग प्रकाश के परजीवी प्रकीर्णन का कारण बनती है। फोनॉन-पोलरिटोन का पता लगाना तभी संभव है जब एक अधिक पारंपरिक जांच पर ध्यान केंद्रित किया जाए, जैसा कि क्रिस्टल के एक उत्तम क्षेत्र में पहले उल्लेख किया गया है।

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चित्र 3: वास्तविक-अंतरिक्ष इमेजिंग के साथ ली गई लिथियम नाइओबेट में ब्रॉडबैंड फ़ोनॉन-पोलरिटोन पीढ़ी और प्रसार की फ़ोनॉन-पोलरिटोन मूवी से फ़्रेम। पहला फ्रेम पीढ़ी के समय प्रारंभिक फोनन-पोलरिटोन दिखाता है। इसके तुरंत बाद, वेवपैकेट दोनों दिशाओं में उत्तेजना क्षेत्र से दूर चले जाते हैं। पीढ़ी के बाद 30 पीएस लिया गया दूसरा फ्रेम, दाईं ओर यात्रा करने वाले दो फोनन-पोलरिटोन दिखाता है। पहला (बाएं) शुरुआती बाएं जाने वाले वेवपैकेट का प्रतिबिंब है और दूसरा शुरू में दाईं ओर यात्रा कर रहा था।

मार्गदर्शन और नियंत्रण

ध्रुवीकरण के लिए अपेक्षित अंतिम तत्व मार्गदर्शन और नियंत्रण है। क्रिस्टल प्लेन के समानांतर पूर्ण पार्श्व प्रसार फोनोन-पोलरिटोन तरंग दैर्ध्य के क्रम में मोटाई के क्रिस्टल में फोनन-पोलरिटोन उत्पन्न करके प्राप्त किया जाता है। यह एक या अधिक उपलब्ध स्लैब वेवगाइड मोड में प्रचार करने के लिए बाध्य करता है। चूँकि इन विधियों में फैलाव मूल रूप से थोक प्रसार से भिन्न हो सकता है और इसका लाभ उठाने के लिए फैलाव को समझना चाहिए।

फोनोन-पोलरिटोन प्रसार का नियंत्रण और मार्गदर्शन निर्देशित तरंग परावर्तक, विवर्तनिक और फैलाने वाले तत्वों के साथ-साथ फोटोनिक और प्रभावी सूचकांक क्रिस्टल द्वारा भी प्राप्त किया जा सकता है जिसे सीधे होस्ट क्रिस्टल में एकीकृत किया जा सकता है। चूँकि लिथियम निओबेट, लिथियम टैंटालेट, और अन्य पेरोवियन पदार्थ पैटर्निंग की मानक विधियों के लिए अभेद्य हैं। वास्तव में, केवल सामान्य रूप से सफल होने के लिए जाना जाने वाला एकमात्र औद्योगिक नक़्क़ाशी हाइड्रोफ्लुओरिक अम्ल (एचएफ) है, जो क्रिस्टल ऑप्टिक अक्ष की दिशा में धीरे-धीरे और मुख्य रूप से खोदता है।

लेजर माइक्रोमशीनिंग

फेमटोसेकंड लेज़र भूतल माइक्रोमशीनिंग का उपयोग फेरोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल में 'हवा' छेद और/या गर्त मिलिंग द्वारा उपकरण निर्माण के लिए किया जाता है, जो उन्हें फेमटोसेकंड लेजर बीम के फोकस क्षेत्र के माध्यम से निर्देशित करता है। पदार्थ की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए फेमटोसेकंड लेजर माइक्रोमशीनिंग के लाभों को अच्छी तरह से प्रलेखित किया गया है। संक्षेप में, मल्टीफोटोन आयनीकरण इलेक्ट्रॉन उत्तेजना के माध्यम से बीम फोकस के अंदर मुक्त इलेक्ट्रॉनों का निर्माण किया जाता है। क्योंकि एक फेमटोसेकंड लेजर पल्स की चरम तीव्रता लंबी पल्स या निरंतर तरंग लेज़रों की तुलना में अधिक परिमाण के कई क्रम हैं इलेक्ट्रॉन तेजी से उत्तेजित होते हैं एक अति-सघन प्लाज्मा बनाने के लिए गर्म होते हैं। विशेष रूप से डाइलेक्ट्रिक पदार्थ में इलेक्ट्रोस्टैटिक अस्थिरता, प्लाज्मा (भौतिकी) द्वारा प्रेरित, शेष जाली आयनों के परिणामस्वरूप इन आयनों की अस्वीकृति होती है और इसलिए पदार्थ का अपघटन होता है, लेजर फोकस क्षेत्र में एक पदार्थ शून्य छोड़ना इसके अतिरिक्त चूंकि पल्स की अवधि और अपस्फीति समय के मापदंड ऊष्मीकरण समय की तुलना में बहुत तेज होते हैं, फेमटोसेकंड लेजर माइक्रोमशीनिंग गर्मी प्रभावित क्षेत्र के प्रतिकूल प्रभावों से ग्रस्त नहीं होती है, जैसे कि इच्छित क्षति क्षेत्र के आस-पास के क्षेत्रों में दरार और पिघलता है ।

यह भी देखें

• इलेक्ट्रॉनिक्स
• फोटोनिक्स
• पोलरिटोन
• स्पिंट्रोनिक्स
• पोलारिटोन लेजर

बाहरी संदर्भ

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• Ward, D.W.; Statz, E.R.; Nelson, K.A. (2006-10-07). "फेमटोसेकंड लेजर मशीनिंग का उपयोग करके LiNbO₃ और LiTaO₃ में पोलरिटोनिक संरचनाओं का निर्माण". Applied Physics A. Springer Science and Business Media LLC. 86 (1): 49–54. doi:10.1007/s00339-006-3721-y. ISSN 0947-8396. S2CID 96281166.
• डेविड डब्ल्यू वार्ड: पोलारिटॉनिक्स: इलेक्ट्रॉनिक्स और फोटोनिक्स के बीच एक मध्यवर्ती व्यवस्था, पीएच.डी. थीसिस, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी, 2005। यह इस लेख का मुख्य संदर्भ है।
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• Stoyanov, Nikolay S.; Feurer, T.; Ward, David W.; Nelson, Keith A. (2003-02-03). "एकीकृत विवर्तनिक टेराहर्ट्ज़ तत्व". Applied Physics Letters. AIP Publishing. 82 (5): 674–676. Bibcode:2003ApPhL..82..674S. doi:10.1063/1.1540241. ISSN 0003-6951.
• Stoyanov, Nikolay S.; Ward, David W.; Feurer, Thomas; Nelson, Keith A. (2002-09-02). "पैटर्न वाली सामग्री में टेराहर्ट्ज़ पोलरिटोन प्रसार". Nature Materials. Springer Nature. 1 (2): 95–98. Bibcode:2002NatMa...1...95S. doi:10.1038/nmat725. ISSN 1476-1122. PMID 12618821. S2CID 9066991.

बाहरी संबंध

• The research group at MIT that invented polaritonics.