पोलारिटोन लेजर

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ध्रुवीयता लेजर एक नए प्रकार का लेजर स्रोत होता है जो अति निम्न सीमा लेजिंग प्राप्त करने के लिए अर्धचालक में एक्सिटॉन-ध्रुवीयता के बोस संघनन की सुसंगत प्रकृति का उपयोग करता है।[1]

1996 में, इमामोग्लू एट अल ने इस तरह के एक नए प्रकार के सुसंगत प्रकाश स्रोत का प्रस्ताव रखा था और बोस-आइंस्टीन परमाणुओं के संघनन से निकटता से संबंधित प्रभाव के आधार पर अवधारणा को समझाया था[2]: बड़ी संख्या में बोसोनिक कण (यहां: ध्रुवीयता) मैक्रोस्कोपिक रूप से उत्तेजित बिखराव के माध्यम से व्याप्त क्वांटम अवस्था में संघनन बनाते है। ध्रुवीयता का संघनन अंततः प्रकाश का सुसंगत उत्सर्जन प्रदान करता है। इस प्रकार, यह एक सुसंगत प्रकाश स्रोत होता है जो पारंपरिक लेजर उपकरणों की तुलना में एक अलग कार्य तंत्र का मालिक होता है। अपने सिद्धांत के कारण, एक ध्रुवीयता-लेजर अधिक ऊर्जा-कुशल लेजर संचालन का वादा करता है। ऐसे लेजर के लिए विशिष्ट अर्धचालक संरचना में वितरित ब्रैग रिफ्लेक्टर के बीच रखी गई एक प्रकाशिक माइक्रोकैविटी होती है।

ध्रुवीयता लेजिंग का प्रारंभिक प्रदर्शन और पारंपरिक लेजिंग की तुलना एच. डेंग एट अल द्वारा 2003 में प्राप्त की गई थी। स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में प्रकाशिक उत्तेजना के अनुसार[1] (ध्रुवीयता संघनन को बाद में 2006 में कास्प्रज़क एट अल द्वारा गतिशील बोस-आइंस्टीन संघनन से पूरी तरह से जोड़ा गया था)।[3] चूँकि, ध्रुवीयता लेजर की विद्युत पंपिंग ध्रुवीयता प्रकाश स्रोतों के व्यावहारिक उपयोग के लिए महत्वपूर्ण होता था। 2013 में मिशिगन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं के एक समूह द्वारा विद्युत पंप किए गए ध्रुवीयता-लेजर का पहला और स्पष्ट प्रदर्शन प्रस्तुत किया गया था।[4] वुर्जबर्ग विश्वविद्यालय के एक समूह ने अपने अंतरराष्ट्रीय साझेदारों के साथ मिलकर समान तकनीकों का उपयोग किया था।[5]

इस स्तर पर, विद्युत चालित उपकरण 10 K के आसपास बहुत कम तापमान पर संचालित होता है और इसे फैराडे ज्यामिति में लागू चुंबकीय क्षेत्र की आवश्यकता होती है। 2007 में, एक वैकल्पिक रूप से पंप किए गए ध्रुवीयता लेजर के कमरे के तापमान के संचालन का भी प्रदर्शन किया गया था,[6][7] जो कमरे के तापमान के अनुप्रयोग के लिए भविष्य में विद्युत पंप वाले ध्रुवीयता लेजर के विकास का वादा करता था।

समान उत्सर्जन विशेषताओं के कारण पारंपरिक (फोटोनिक) लेजिंग से ध्रुवीयतािक लेजिंग को अलग करना महत्वपूर्ण और चुनौतीपूर्ण है। दोनों टीमों की सफलता का एक महत्वपूर्ण तत्व ध्रुवीयता की संकर प्रकृति में निहित है, जिसका पदार्थ घटक (एक्सिटॉन) बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के प्रति संवेदनशील प्रतिक्रिया प्रदर्शित करता है। पल्लब भट्टाचार्य के नेतृत्व वाली मिशिगन टीम ने सक्रिय क्षेत्र में क्वांटम कुओं के मॉड्यूलेशन डोपिंग के संयोजन का उपयोग किया, ताकि ध्रुवीयता-इलेक्ट्रॉन स्कैटरिंग को बढ़ाया जा सके, और एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र को ध्रुवीयता-फोनन स्कैटरिंग और एक्सिटोन-ध्रुवीयता संतृप्ति घनत्व को बढ़ाया जा सके। इन उपायों के साथ उन्होंने 12 ए / सेमी की तुलनात्मक रूप से कम ध्रुवीयता लेजिंग थ्रेशोल्ड हासिल किया2 (मई 2013 में भौतिक समीक्षा पत्रों में प्रकाशित)। वुर्ज़बर्ग में टीम द्वारा की गई जांच, 2007 में इंजीनियरिंग के एक विद्युत उपकरण के विचार के साथ शुरू होने के बाद, यू.एस., जापान, रूस, सिंगापुर, आइसलैंड और जर्मनी से अपने अंतरराष्ट्रीय भागीदारों के सहयोग से कुछ वर्षों के बाद वांछित प्रभाव का नेतृत्व किया। . अंत में, उनके अध्ययन को चुंबकीय क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण प्रयोग द्वारा पूरक किया गया:[8] पोलरिटॉनिक लेजर व्यवस्था में उत्सर्जन-मोड के पदार्थ घटक का एक स्पष्ट सत्यापन दिया गया था, का पहली बार प्रायोगिक प्रदर्शन प्राप्त हुआ। सी. श्नाइडर, ए. रहीमी-ईमान और एस. होफ्लिंग की टीम के सह-लेखकों द्वारा एक विद्युतीय रूप से पंप किया गया ध्रुवीयता लेजर] (मई 2013 में नेचर में प्रकाशित)।

समान उत्सर्जन विशेषताओं के कारण, ध्रुवीयता लेजिंग को पारंपरिक (फोटोनिक) लेजिंग से अलग करना महत्वपूर्ण और चुनौतीपूर्ण होता है। दोनों समूहों की सफलता का एक महत्वपूर्ण तत्व ध्रुवीयता की संकर प्रकृति में निहित होता है जिसका पदार्थ घटक (एक्साइटॉन) बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के प्रति संवेदनशील प्रतिक्रिया प्रदर्शित करता है। पल्लब भट्टाचार्य के नेतृत्व वाली मिशिगन समूह ने ध्रुवीयता-इलेक्ट्रॉन बिखरने को बढ़ाने के लिए सक्रिय क्षेत्र में क्वांटम कुओं के मॉड्यूलेशन डोपिंग के संयोजन का उपयोग किया था, और ध्रुवीयता-फोनन बिखरने और एक्सिटॉन-ध्रुवीयता संतृप्ति घनत्व को बढ़ाने के लिए एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग किया था। इन उपायों से उन्होंने 12 A/cm2 की तुलनात्मक रूप से कम ध्रुवीयता लेजिंग सीमा प्राप्त की थी। वुर्जबर्ग में समूह द्वारा 2007 में एक अभियांत्रिकी के विचार से प्रारंभ की गई जांच, अमेरिका, जापान, रूस, सिंगापुर, आइसलैंड और जर्मनी के अपने अंतरराष्ट्रीय भागीदारों के सहयोग से कुछ वर्षों के बाद वांछित प्रभाव में आई थी। अंत में, उनके अध्ययन को एक चुंबकीय क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण प्रयोग द्वारा पूरक किया गया था:[8] ध्रुवीयता लेजर में उत्सर्जन-मोड के पदार्थ घटक का एक स्पष्ट सत्यापन दिया गया था, जिससे विद्युत रूप से पंप किए गए ध्रुवीयता लेजर का पहली बार प्रयोगात्मक प्रदर्शन प्राप्त हुआ था।

5 जून 2014 को, भट्टाचार्य के समूह ने पहला ध्रुवीयता लेजर बनाने में सफलता प्राप्त की थी, जो प्रकाश के विपरीत विद्युत प्रवाह द्वारा संचालित होता है, और शून्य से बहुत नीचे के अतिरिक्त कमरे के तापमान पर भी काम करता है।[9]

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 Deng, H.; Weihs, G.; Snoke, D.; Bloch, J.; Yamamoto, Y. (2003). "सेमीकंडक्टर माइक्रोकैविटी में पोलारिटॉन लेज़िंग बनाम फोटॉन लेज़िंग". Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 100 (26): 15318–15323. Bibcode:2003PNAS..10015318D. doi:10.1073/pnas.2634328100. PMC 307565. PMID 14673089.
  2. ↑ Imamoglu, A.; Ram, R. J.; Pau, S.; Yamamoto, Y. (1996). "Nonequilibriumcondensates and lasers without inversion: exciton-polariton lasers". Phys. Rev. A. 53 (6): 4250–4253. Bibcode:1996PhRvA..53.4250I. doi:10.1103/PhysRevA.53.4250. PMID 9913395.
  3. ↑ Kasprzak, J.; Richard, M.; Kundermann, S.; Baas, A.; Jeambrun, P.; Keeling, J. M. J.; Marchetti, F. M.; Szymańska, M. H.; André, R.; Staehli, J. L.; Savona, V.; Littlewood, P. B.; Deveaud, B.; Dang, L. S. (2006). "एक्सिटोन पोलरिटोन का बोस-आइंस्टीन संघनन". Nature. 443 (7110): 409–414. Bibcode:2006Natur.443..409K. doi:10.1038/nature05131. PMID 17006506. S2CID 854066.
  4. ↑ Bhattacharya, P.; Xiao, B.; Das, A.; Bhowmick, S.; Heo, J. (2013). "सॉलिड स्टेट इलेक्ट्रिकली इंजेक्टेड एक्सिटोन-पोलरिटोन लेजर". Physical Review Letters. 110 (20): 206403. Bibcode:2013PhRvL.110t6403B. doi:10.1103/PhysRevLett.110.206403. PMID 25167434.
  5. ↑ Schneider, C.; Rahimi-Iman, A.; Kim, N. Y.; Fischer, J.; Savenko, I. G.; Amthor, M.; Lermer, M.; Wolf, A.; Worschech, L.; Kulakovskii, V. D.; Shelykh, I. A.; Kamp, M.; Reitzenstein, S.; Forchel, A.; Yamamoto, Y.; Höfling, S. (2013). "एक विद्युत पंप पोलरिटोन लेजर". Nature. 497 (7449): 348–352. Bibcode:2013Natur.497..348S. doi:10.1038/nature12036. PMID 23676752. S2CID 205233384.
  6. ↑ Christopoulos, S.; von Högersthal, G. B. H.; Grundy, A. J. D.; Lagoudakis, P. G.; Kavokin, A. V.; Baumberg, J. J.; Christmann, G.; Butté, R.; Feltin, E.; Carlin, J.-F.; Grandjean, N. (2007). "सेमीकंडक्टर माइक्रोकैविटी में कमरे का तापमान पोलारिटोन लेज़िंग". Phys. Rev. Lett. 98 (12): 126405. Bibcode:2007PhRvL..98l6405C. doi:10.1103/PhysRevLett.98.126405. PMID 17501142. S2CID 43418252.
  7. ↑ Johnston, Hamish (27 May 2007). "Polariton laser reaches room temperature." Physics World.
  8. ↑ 8.0 8.1 University of Würzburg (16 May 2013). "एक नए प्रकार का लेजर".
  9. ↑ "A new way to make laser-like beams using 250x less power - University of Michigan News". 5 June 2014.
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