ಗೋಚರ ಕಿರಣವಾಗಿ ಅವಗೆಂಪು ಬೆಳಕಿನ ಪರಿವರ್ತನೆ

20 ಜೂನ್ 2024
–ಉಲ್ಲಾಸ್

ಮನುಷ್ಯರ ಕಣ್ಣು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಕಂಪನಾಂಕಗಳ ಬೆಳಕನ್ನು ಮಾತ್ರವೇ ನೋಡಬಲ್ಲದು (ಇದನ್ನು “ಗೋಚರ ರೋಹಿತ” ಎನ್ನಲಾಗುತ್ತದೆ). ಈ ಪೈಕಿ, ಕೆಂಪು ಬೆಳಕಿನ ಕಂಪನಾಂಕ ಅತ್ಯಂತ ಕಡಿಮೆ ಇರುತ್ತದೆ. ನಾವು ನೋಡಲಾಗದ ಅವಗೆಂಪು ಬೆಳಕಿನ ಕಂಪನಾಂಕವು ಕೆಂಪು ಬೆಳಕಿನ ಕಂಪನಾಂಕಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಇರುತ್ತದೆ. ಇದೀಗ, ಭಾರತೀಯ ವಿಜ್ಞಾನ ಸಂಸ್ಥೆಯ (ಐ.ಐ.ಎಸ್.ಸಿ.) ಸಂಶೋಧಕರು ಕಡಿಮೆ ತರಂಗದೂರದ ಅವಗೆಂಪು ಬೆಳಕಿನ ಕಂಪನಾಂಕವನ್ನು ಗೋಚರ ವ್ಯಾಪ್ತಿಗೆ ಹೆಚ್ಚಿಸಬಲ್ಲ ಸಾಧನವನ್ನು ರೂಪಿಸಿದ್ದಾರೆ.

ಹೀಗೆ ಬೆಳಕಿನ ಕಂಪನಾಂಕ ಹೆಚ್ಚಿಸುವುದರಿಂದ ವಿವಿಧ ಉಪಯೋಗಗಳಿವೆ. ಮುಖ್ಯವಾಗಿ, ರಕ್ಷಣೆ ಮತ್ತು ದ್ಯುತಿ ಸಂವಹನ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಇದರಿಂದ ಅನೇಕ ಪ್ರಯೋಜನಗಳಿವೆ. ಇದೇ ಮೊದಲ ಬಾರಿಗೆ, ಐ.ಐ.ಎಸ್.ಸಿ. ತಜ್ಞರ ತಂಡದವರು ವಿಶಾಲವಲಯದ ದೃಶ್ಯ ಸೆರೆಹಿಡಿಯಬಲ್ಲ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದೊಂದಿಗೆ ಬೆಳಕಿನ ಕಂಪನಾಂಕದ ಹೆಚ್ಚಳ ಸಾಧಿಸುವುದಕ್ಕಾಗಿ ನಾನ್-ಲೀನಿಯರ್ ಆಪ್ಪಿಕಲ್ ಮಿರರ್ ಸ್ಟ್ಯಾಕ್ ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಲು 2ಡಿ ವಸ್ತು ಬಳಸಿ ಯಶಸ್ಸು ಕಂಡಿದ್ದಾರೆ. ಇದರಲ್ಲಿ, ಈ ಸ್ಟ್ಯಾಕ್ ಎಂಬುದು ಪ್ರತಿಫಲನಗೊಳ್ಳುವ ಬಂಗಾರದ ಮೇಲ್ಮೈ ಮೇಲೆ ಬಹುಪದರಗಳ ಗ್ಯಾಲಿಯಂ ಸೆಲೆನೈಡ್ ಆಗಿರುತ್ತದೆ. ಗ್ಯಾಲಿಯಂ ಸೆಲೆನೈಡ್ ನ ಎರಡು ಪದರಗಳ ನಡುವೆ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಡೈಆಕ್ಸೈಡ್ ಪದರ ಇರುವಂತೆ ಇದನ್ನು ರೂಪಿಸಲಾಗಿರುತ್ತದೆ.

ರೂಢಿಗತ ಅವಗೆಂಪು ಛಾಯಾದೃಶ್ಯ ಸೆರೆಹಿಡಿಯುವ ವಿಧಾನದಲ್ಲಿ, ವಿಶಿಷ್ಟವಾದ ಕಡಿಮೆ-ಚೈತನ್ಯ ಮಟ್ಟದ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಗ್ಯಾಪ್ ನ ಅರೆವಾಹಕಗಳನ್ನು ಅಥವಾ ಮೈಕ್ರೊ-ಬೋಲೋಮೀಟರ್ ವ್ಯೂಹರಚನೆಯನ್ನು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ಅಧ್ಯಯನಕ್ಕೊಳಪಡಿಸುವ ವಸ್ತುವಿನಿಂದ ಉಷ್ಣತೆಯನ್ನು ತನ್ನೆಡೆಗೆ ಸೆಳೆಯುತ್ತದೆ. ಇನ್ಫ್ರಾರೆಡ್ (ಅವಗೆಂಪು) ಇಮೇಜಿಂಗ್ ಮತ್ತು ಸೆನ್ಸಿಂಗ್ ಎಂಬುದು ಖಗೋಳಶಾಸ್ತ್ರದಿಂದ ಹಿಡಿದು ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರದವರೆಗೆ ಹಲವಾರು ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಉಪಯೋಗಕ್ಕೆ ಬರುವ ತಾಂತ್ರಿಕತೆಯಾಗಿದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಅನಿಲವೊಂದರ ಮೂಲಕ ಅವಗೆಂಪು ಬೆಳಕು ಹಾಯಿಸಿದಾಗ ಬೆಳಕಿನಲ್ಲಿ ಉಂಟಾಗುವ ಬದಲಾವಣೆಗಳನ್ನು ಗ್ರಹಿಸಿ ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಆ ಅನಿಲದ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಬಲ್ಲರು. ಆದರೆ, ಗೋಚರ ಬೆಳಕಿನ ನೆರವಿನಿಂದ ಎಲ್ಲಾ ಸಂದರ್ಭಗಳಲ್ಲೂ ಇಂತಹ ಗ್ರಹಿಕೆ ಸಾಧ್ಯವಾಗುವುದಿಲ್ಲ.

ತೊಡಕಿನ ವಿಷಯ ಏನೆಂದರೆ, ಈಗಿರುವ ಇನ್ಫ್ರಾರೆಡ್ ಸೆನ್ಸರ್ ಗಳು ದೊಡ್ಡ ಗಾತ್ರದವಾಗಿದ್ದು, ಅವುಗಳ ಕ್ಷಮತೆ ಕೂಡ ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಎನ್ನಲಾಗದು. ಅಲ್ಲದೆ, ರಕ್ಷಣಾ ಕ್ಷೇತ್ರಕ್ಕೆ ಅವು ಪ್ರಯೋಜನಕಾರಿಯಾಗಿರುವುದರಿಂದ ಅವುಗಳ ರಫ್ತಿನ ಮೇಲೂ ನಿಯಂತ್ರಣಗಳಿರುತ್ತವೆ. ಹೀಗಾಗಿ, ಕ್ಷಮತೆಯಿಂದ ಕೂಡಿದ ಇನ್ಫ್ರಾರೆಡ್ ಸೆನ್ಸರ್ ಗಳ ದೇಶೀಯ ತಯಾರಿಕೆ ಬಹಳ ನಿರ್ಣಾಯಕ ಅಗತ್ಯವಾಗಿದೆ.

ಐ.ಐ.ಎಸ್.ಸಿ. ಸಂಶೋಧಕರು ಅನುಸರಿಸಿದ ವಿಧಾನದಲ್ಲಿ ಒಂದರ ಮೇಲೊಂದರಂತೆ ಪೇರಿಸಲಾದ ಕನ್ನಡಿ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗೆ (ಮಿರರ್ ಸ್ಟ್ಯಾಕ್) ಪಂಪ್ ಬೀಮ್ ನೊಂದಿಗೆ ಅವಗೆಂಪು ಸಂಕೇತವನ್ನು ಒಳಪೂರಣ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆಗ, ಸ್ಟ್ಯಾಕ್ ನಲ್ಲಿನ ನಾನ್-ಲೀನಿಯರ್ (ರೇಖಾತ್ಮಕವಲ್ಲದ) ದ್ಯುತಿ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ಕಂಪನಾಂಕಗಳು ಮಿಶ್ರಣಗೊಳ್ಳುವುದಕ್ಕೆ ಎಡೆಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತವೆ. ಇದರಿಂದಾಗಿ, ಕಂಪನಾಂಕ ಹೆಚ್ಚಳಗೊಂಡ ಬೆಳಕಿನ ಕಿರಣವು ಹೊರಹೊಮ್ಮುತ್ತದೆ. ಆದರೆ, ಹೀಗೆ ಕಂಪನಾಂಕ ಅಧಿಕಗೊಂಡ ಬೆಳಕಿನ ಕಿರಣದ ಇನ್ನಿತರ ಗುಣಸ್ವಭಾವಗಳು ಬದಲಾಗದೇ ಮುಂಚಿನಿಂತಯೇ ಉಳಿದಿರುತ್ತವೆ. ಈ ವಿಧಾನ ಬಳಸಿ, ತಜ್ಞರು 1550 ನ್ಯಾನೊಮೀಟರ್ ತರಂಗದೂರದ ಅವಗೆಂಪು ಬೆಳಕನ್ನು 622 ನ್ಯಾನೊಮೀಟರ್ ತರಂಗದೂರದ ಗೋಚರ ಬೆಳಕಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುವಲ್ಲಿ ಯಶಸ್ವಿಯಾದರು. ಹೊರಹೊಮ್ಮುವ ಬೆಳಕಿನ ಅಲೆಯನ್ನು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಕ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಆಧಾರಿತ ಕ್ಯಾಮರಾಗಳನ್ನು ಬಳಸಿ ಪತ್ತೆಹಚ್ಚಬಹುದು.

“ಇದೊಂದು ಸುಸಂಬದ್ಧ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಾಗಿದೆ. ಅಂದರೆ, ಒಳಪೂರಣ ಮಾಡಲಾದ ಬೆಳಕಿನ ಕಿರಣದ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ಹೊರಹೊಮ್ಮುವ ಕಿರಣದಲ್ಲಿಯೂ ಹಾಗೆಯೇ ಉಳಿದುಕೊಂಡಿರುತ್ತವೆ. ಹೀಗಾಗಿ, ಒಳಪೂರಣ ಮಾಡಲಾದ ಅವಗೆಂಪು ಕಂಪನಾಂಕದಲ್ಲಿ ಅಚ್ಚು ಮೂಡಿಸಲಾದ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ವಿನ್ಯಾಸವು ತಾನೇತಾನಾಗಿ ಹೊಸದಾಗಿ ಹೊರಹೊಮ್ಮವ ಕಂಪನಾಂಕಕ್ಕೆ ವರ್ಗಾವಣೆಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ” ಎಂದು ವಿವರಿಸುತ್ತಾರೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕಲ್ ಸಂವಹನ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ (ಇಸಿಇ) ವಿಭಾಗದ ಸಹ ಪ್ರಾಧ್ಯಾಪಕ ಹಾಗೂ ಲೇಸರ್ & ಫೋಟೋನಿಕ್ಸ್ ರಿವ್ಯೂಸ್ ನಲ್ಲಿ ಪ್ರಕಟಗೊಂಡಿರುವ ಅಧ್ಯಯನ ವರದಿಯ ಸಹ ಲೇಖಕರಾದ ವರುಣ್ ರಘುನಾಥನ್.

ಗ್ಯಾಲಿಯಂ ಸೆಲೆನೈಡ್ ನ ಅಧಿಕ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ನಾನ್-ಲೀನಿಯಾರಿಟಿಯು ಇದರ ಉಪಯುಕ್ತತೆಯನ್ನು ಇನ್ನಷ್ಟು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ. ಇದರಿಂದಾಗಿ, ಅವಗೆಂಪು ಬೆಳಕಿನ ಫೋಟಾನ್ ಕಣವೊಂದು ಪಂಪ್ ಬೀಮ್ ನ ಕಣದೊಂದಿಗೆ ಸಂಯೋಜನೆಗೊಂಡು ಕಂಪನಾಂಕ ಹೆಚ್ಚಳಗೊಂಡ ಬೆಳಕನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ. ಕೇವಲ 45 ನ್ಯಾನೊಮೀಟರ್ ನಷ್ಟು ತೆಳ್ಳನೆಯ ಗ್ಯಾಲಿಯಂ ಸೆಲೆನೈಡ್ ಲೇಪವನ್ನು ಬಳಸಿ ಕಂಪನಾಂಕ ಹೆಚ್ಚಳವನ್ನು ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಸಾಧಿಸಿದ್ದಾರೆ. ಇದರ ಸಣ್ಣ ಗಾತ್ರದಿಂದಾಗಿ ಸೆಂಟಿಮೀಟರುಗಳಷ್ಟು ಗಾತ್ರದ ಹರಳುಗಳನ್ನು ಬಳಸುವ ರೂಢಿಗತ ಸಾಧನಗಳಿಗಿಂತ ಇದಕ್ಕೆ ತಗುಲುವ ವೆಚ್ಚ ಕೂಡ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಜೊತೆಗೆ, ಅದರ ಕ್ಷಮತೆ ಕೂಡ ಇನ್ನಿತರ ಅತ್ಯಾಧುನಿಕ ಪರಿವರ್ತಕ ಇಮೇಜಿಂಗ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಂತೆಯೇ ಇದೆ ಎಂದು ಅಭಿಪ್ರಾಯಪಡಲಾಗಿದೆ.

ಪದರಗಳ ಗಾತ್ರ (ದಪ್ಪ) ಎಷ್ಟಿರಬೇಕೆಂಬುದನ್ನು ನಿಖರವಾಗಿ ಹಾಗೂ ತ್ವರಿತವಾಗಿ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡಲು ತಾವು “ಪಾರ್ಟಿಕಲ್ ಸ್ವಾರ್ಮ್ ಆಪ್ಟಿಮೈಸೇಷನ್ ಅಲ್ಗಾರಿದಂ’ ಬಳಸಿದ್ದಾಗಿ ಇಸಿಇ ಪಿಎಚ್.ಡಿ. ಅಧ್ಯಯನಾರ್ಥಿಯಾದ ಅಧ್ಯಯನ ವರದಿಯ ಮೊದಲ ಲೇಖಕಿ ಜ್ಯೋತ್ಸ್ನಾ ಕೆ.ಮನತ್ತಾಯಿಲ್ ವಿವರಿಸುತ್ತಾರೆ. “ಈ ಪದರದ ಗಾತ್ರಕ್ಕೆ ತಕ್ಕಂತೆ ಗೆಲೆನಿಯಂ ಸೆಲೆನೈಡ್ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗುವ ಹಾಗೂ ಕಂಪನಾಂಕ ಹೆಚ್ಚಳಗೊಳ್ಳುವ ಬೆಳಕಿನ ತರಂಗದೂರಗಳಲ್ಲಿ ವ್ಯತ್ಯಾಸಗಳು ಉಂಟಾಗುತ್ತವೆ. ಅಂದರೆ, ಯಾವ ಉದ್ದೇಶಕ್ಕಾಗಿ ಅವಗೆಂಪು ಬೆಳಕನ್ನು ಮಾರ್ಪಡಿಸುವ ಅವಶ್ಯಕತೆ ಇದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ನೋಡಿಕೊಂಡು ಪದರದ ಗಾತ್ರದಲ್ಲಿ ವ್ಯತ್ಯಾಸ ಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ. “ನಮ್ಮ ಪ್ರಯೋಗಗಳಲ್ಲಿ 1550 ನ್ಯಾನೊಮೀಟರಿನ ಅವಗೆಂಪು ಬೆಳಕು ಹಾಗೂ 1040 ನ್ಯಾನೊಮೀಟರಿನ ಪಂಪ್ ಬೀಮ್ ಅನ್ನು ಬಳಸಿದ್ದೆವು. ಆದರೆ, ಇದರ ಅರ್ಥ ಇನ್ನಿತರ ತರಂಗದೂರಗಳ ಬೆಳಕಿಗೆ ಇದು ಕಾರ್ಯಾಚರಿಸುವುದಿಲ್ಲ ಎಂದಲ್ಲ. ಅವಗೆಂಪು ಬೆಳಕಿನ 1400 ನ್ಯಾನೊಮೀಟರಿನಿಂದ 1700 ನ್ಯಾನೊಮೀಟರ್ ತರಂಗದೂರ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಇದರ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆ ಕುಂದುವುದಿಲ್ಲ ಎಂಬುದು ನಮಗೆ ಕಂಡುಬಂದಿದೆ” ಎಂದೂ ಅವರು ಸ್ಪಷ್ಟಪಡಿಸುತ್ತಾರೆ.

ಮುಂಬರುವ ದಿನಗಳಲ್ಲಿ, ದೀರ್ಘ ತರಂಗದೂರದ ಬೆಳಕಿನ ಕಂಪನಾಂಕ ಹೆಚ್ಚಿಸುವ ದಿಸೆಯಲ್ಲಿ ತಮ್ಮ ಕಾರ್ಯವನ್ನು ವಿಸ್ತರಿಸಬೇಕೆಂದು ತಜ್ಞರು ಯೋಜಿಸಿದ್ದಾರೆ. ಇದೇ ವೇಳೆ, ಇನ್ನಿತರ ಸ್ಟ್ಯಾಕ್ ವಿನ್ಯಾಸಗಳನ್ನು ಶೋಧಿಸುವ ಮೂಲಕ ಸಾಧನದ ಕ್ಷಮತೆ ಸುಧಾರಣೆಗೊಳಿಸುವ ಉದ್ದೇಶವನ್ನೂ ಅವರು ಹೊಂದಿದ್ದಾರೆ.

“ಪ್ರಪಂಚದೆಲ್ಲೆಡೆ ಇನ್ಫ್ರಾರೆಡ್ ಸೆನ್ಸರ್ ಗಳನ್ನು ಬಳಸದೇ ಇನ್ಫ್ರಾರೆಡ್ ಇಮೇಜಿಂಗ್ ಸಾಧೀವ ಬಗ್ಗೆ ಅಪಾರ ಆಸಕ್ತಿ ಕಂಡುಬರುತ್ತಿದೆ. ಹೀಗಾಗಿ, ನಮ್ಮ ಕಾರ್ಯವು ಹಲವಾರು ಆನ್ವಯಿಕತೆಗಳಿಗೆ ಪರಿವರ್ತಕ ಪರ್ಯಾಯವಾಗುವ ಸಾಧ್ಯತೆ ಇದೆ” ಎನ್ನುತ್ತಾರೆ ರಘುನಾಥನ್.

ಉಲ್ಲೇಖ:
ಮನತ್ತಾಯಿಲ್ ಜೆ.ಕೆ., ಲಾಲ್ ಕೃಷ್ಣ ಎ.ಎಸ್., ಆಶಿಷ್ ಪ್ರೊಸಾದ್ ಎ, ಬಾಗ್ ಯು, ಬಿಸ್ವಾಸ್ ಆರ್, ರಘುನಾಥನ್ ವಿ, 2D Material Based Nonlinear Optical Mirror for Widefield Up-Conversion Imaging from Near Infrared to Visible Wavelengths, Laser & Photonics Reviews (2024).

ಸಂಪರ್ಕ:
ವರುಣ್ ರಘುನಾಥನ್
ಸಹ ಪ್ರಾಧ್ಯಾಪಕರು
ಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕಲ್ ಸಂವಹನ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ (ಇಸಿಇ)
ಭಾರತೀಯ ವಿಜ್ಞಾನ ಸಂಸ್ಥೆ (ಐ.ಐ.ಎಸ್.ಸಿ.)
ಇಮೇಲ್: varunr@iisc.ac.in
ಫೋನ್: +91-80-2293-3473
ವೆಬ್ಸೈಟ್: https://sites.google.com/site/varunr196/home

ಪರ್ತಕರ್ತರಿಗೆ ಸೂಚನೆ:

ಅ) ಈ ಪತ್ರಿಕಾ ಪ್ರಕಟಣೆಯನ್ನು ಅಥವಾ ಇದರ ಯಾವುದೇ ಭಾಗವನ್ನು ಯಥಾವತ್ತಾಗಿ ಸುದ್ದಿಯಾಗಿ ಪ್ರಕಟಿಸಿದರೆ ದಯವಿಟ್ಟು ಐ.ಐ.ಎಸ್.ಸಿ. ಹೆಸರಿನೊಂದಿಗೆ ಪ್ರಕಟಿಸಿ.

ಆ) ಐ.ಐ.ಎಸ್.ಸಿ. ಪತ್ರಿಕಾ ಪ್ರಕಟಣೆಗಳಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ಏನಾದರೂ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳಿದ್ದರೆ ದಯವಿಟ್ಟು news@iisc.ac.in ಅಥವಾ pro@iisc.ac.in ಗೆ ಬರೆಯಿರಿ.
——000—–