آکسفورڈ یونیورسٹی کے محققین نے نیلم میں سیکڑوں ویو گائیڈز لکھنے کے لیے فیمٹوسیکنڈ لیزر کا استعمال کیا ہے، جس سے پتہ چلتا ہے کہ نیلم فوٹوونک چپس حقیقی دنیا کی فزیبلٹی کا وعدہ رکھتی ہیں۔
شکل 1: 4 سینٹی میٹر لمبا نیلم انٹیگریٹڈ فوٹوونک چپ۔
فوٹوونک انٹیگریٹڈ سرکٹس (PICs) کو باڈی سبسٹریٹ میٹریل پر فوٹوونک ڈیوائسز کے کمپیکٹ انضمام کی ضرورت ہوتی ہے، جو فی الحال بنیادی طور پر شیشے کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔ شیشے کی اپنی حدود ہیں، لہذا برطانیہ میں آکسفورڈ یونیورسٹی کے محققین شیشے کے متبادل ذیلی مواد کے طور پر نیلم کے استعمال کی تلاش کر رہے ہیں۔
نیلم میں اعلیٰ معیار کے مربوط فوٹوونکس سرکٹس کی تعمیر سے مواصلات، سینسنگ یا کوانٹم کمپیوٹنگ جیسی ایپلی کیشنز کے لیے بہت سے نئے امکانات کھل سکتے ہیں۔
آکسفورڈ یونیورسٹی کے شعبہ انجینئرنگ سائنسز کے ایک محقق موہن وانگ کا کہنا ہے کہ "کسی بھی کمپیکٹ فوٹوونک سرکٹ کے بنیادی بلڈنگ بلاکس ویو گائیڈز ہوتے ہیں،" اور ہم لیزر فیبریکیشن کو نیلم میں 'لکھنے' کے لیے استعمال کر سکتے ہیں۔ جب ہم ویو گائیڈ صفوں میں روشنی ڈالتے ہیں تو روشنی ڈیزائن کردہ راستے پر پھیلتی ہے تاکہ ہم بہت پیچیدہ افعال کے لیے سیفائر میں سینکڑوں ویو گائیڈ لکھ سکیں۔"
Femtosecond لیزر نیلم میں ویو گائیڈ لکھتا ہے۔
Femtosecond lasers ان ویو گائیڈز کو مواد کے بڑے ٹکڑوں میں لکھ سکتے ہیں کیونکہ femtosecond lasers انتہائی شدید ہوتے ہیں اور انہیں مائیکرو میٹر پیمانے پر مرکوز کیا جا سکتا ہے۔ "یہ فوکل والیوم میں مواد کے اندر غیر لکیری آئنائزیشن کی طرف جاتا ہے، جس کے نتیجے میں ریفریکٹیو انڈیکس میں تبدیلی آتی ہے۔" وانگ نے کہا، "فیمٹوسیکنڈ لیزر اور نیلم بلک مواد کے درمیان رشتہ دار حرکت کے ذریعے، جو کہ تین جہتی نانوپریسیشن پلیٹ فارم پر نصب ہے، ڈیزائن کردہ رفتار کے ساتھ، یہ انٹیگریٹڈ فوٹوونکس راستے لکھنا ممکن ہے جو ہم نے نیلم سبسٹریٹ پر ڈیزائن کیے ہیں۔ "
ویو گائیڈز مواد کے ان علاقوں سے بنتے ہیں جن کے ارد گرد کے علاقوں کی نسبت ایک اعلی اضطراری انڈیکس ہوتا ہے، اور مربوط فوٹوونکس میں استعمال ہونے والا سب سے عام مواد شیشہ ہے۔
"شیشے کو فیمٹوسیکنڈ لیزر کے سامنے لانے سے اس کا ریفریکٹیو انڈیکس بڑھ جاتا ہے، اس لیے نمونے کے اندر لیزر کو اسکین کرکے ویو گائیڈ لکھنا آسان ہے۔" وانگ کہتے ہیں، "لیکن نیلم کے کرسٹل میں، لیزر ریفریکٹیو انڈیکس کو کم کرتا ہے۔ لہٰذا ویو گائیڈ لکھنے کے بجائے جہاں ہم اسے چاہتے ہیں، ہم اس کے باہر لکھتے ہیں تاکہ آس پاس کے اضطراری انڈیکس کو کم کیا جا سکے۔ اسے ریسیسڈ کلیڈنگ کہا جاتا ہے۔ waveguide، اور ہم نے اسے نیلم کے ریشوں پر اپنے پچھلے کام میں استعمال کیا۔"
اس بار انہوں نے عمل کو بہتر کیا ہے اور نیلم پر گروپ کے پچھلے کام کے مقابلے ویو گائیڈ کے آپٹیکل نقصان کو کم کیا ہے۔ اس سے وہ اب ویو گائیڈ لکھ سکتے ہیں جو 4 سینٹی میٹر لمبے ہیں، جس کا مطلب یہ بھی ہے کہ وہ زیادہ پیچیدہ ڈھانچے لکھ سکتے ہیں جیسے کہ 1:2 آپٹیکل اسپلٹرز (شکل 1 دیکھیں)۔
ٹیم نے اپنے ویو گائیڈ بلڈنگ بلاکس کو بہتر بنایا اور ان کی متعدد کاپیاں بنائیں۔ "اس عمل کو بہت اچھی طرح سے کنٹرول کیا گیا تھا اور تمام نتائج ایک جیسے تھے۔ اس سے ہمیں یہ احساس ہوا کہ مربوط نیلم فوٹوونک چپس میں قابل عمل ہونے کا حقیقت پسندانہ امکان ہے۔"
لیزر تحریری عمل کیلیبریٹ کرنا
تاہم، اس عمل میں ایک بہت بڑا چیلنج لیزر لکھنے کے عمل کو درست کرنا تھا۔
وانگ بتاتے ہیں کہ اضطراری اشاریہ میں تبدیلیاں "بہترین ڈھانچے کو ڈیزائن کرنے کے لیے اہم ہیں، اور یہ خاص طور پر کرسٹل کے لیے درست ہے کیونکہ ان کا اضطراری اشاریہ زیادہ ہوتا ہے اور بہت سے اضطراری اشاریہ کی پیمائشیں تباہ کن ہوتی ہیں۔ لیکن فوٹوونک سرکٹس کو لکھنے کے لیے لیزر سے ترمیم شدہ کے انتہائی درست کنٹرول کی ضرورت ہوتی ہے۔ پروفائل، لہذا تیز رفتار خصوصیات بھی مطلوبہ ہے۔"
اسے تیزی سے کرنے کے لیے، محققین نے ایک منفرد آؤٹ پٹ پیٹرن فراہم کرنے کے لیے ایک لکیری سرنی ڈیزائن لکھا۔ پیٹرن کا براہ راست تعلق ریفریکٹیو انڈیکس میں ہونے والی تبدیلیوں کے ساتھ ہے اور اسے فنگر پرنٹ کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے، وانگ کہتے ہیں: "ان نمونوں کو نقلی نمونوں کے ساتھ جوڑ کر، ہم ایکسپونینشل ماڈیولیشن کی شناخت کر سکتے ہیں۔ یہ ہر من گھڑت سے پہلے تیز، قابل بھروسہ انشانکن کو قابل بناتا ہے۔"
پراجیکٹ کے سرکردہ محقق جولین فیلس کا کہنا ہے کہ چونکہ نیلم ایک بہت سخت اور لچکدار مادہ ہے، "یہ 2،000 ڈگری تک کے انتہائی اعلی درجہ حرارت اور زیادہ تابکاری کو برداشت کر سکتا ہے۔ یہ خصوصیات اسے موزوں بناتی ہیں۔ انتہائی ماحول جیسے ایرو اسپیس، اسپیس اور پاور جنریشن کے لیے۔ اس کے علاوہ، نیلم کی وسط اورکت والے خطے میں ایک بہت وسیع اسپیکٹرل ونڈو ہے، ایک ونڈو جسے طبی ایپلی کیشنز کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ فوٹوونک سرکٹس کی پیچیدگی کو بڑھا کر، اعلی کارکردگی کے سینسر اور آلات متوقع ہیں۔"
ٹیم نے پہلے ہی فوٹوونک چپ کے بنیادی بلڈنگ بلاکس کا مظاہرہ کیا ہے، اور اب وہ نقصانات کو کم کرنے اور سرکٹس کی پیچیدگی کو مزید بڑھانے کے لیے فعال طور پر کام کر رہے ہیں۔
