दोहरी-कंघी स्पेक्ट्रोस्कोपी - अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी जो दो आवृत्ति कॉम्ब्स के बीच हस्तक्षेप का उपयोग करती है - एकल फोटॉन का उपयोग करके पराबैंगनी तरंग दैर्ध्य पर किया गया है। यह कार्य छोटी तरंग दैर्ध्य पर तकनीक के उपयोग को जन्म दे सकता है, जहां उच्च-शक्ति कंघी लेजर उपलब्ध नहीं हैं। तकनीक को नए अनुप्रयोग भी मिल सकते हैं।
21वीं सदी की शुरुआत में अपने आविष्कार के बाद से, फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब प्रकाशिकी में महत्वपूर्ण उपकरण बन गए हैं। नतीजतन, थिओडोर हैंश जर्मनी में क्वांटम ऑप्टिक्स के लिए मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट के और जॉन हॉल यूएस नेशनल इंस्टीट्यूट फॉर स्टैंडर्ड्स एंड टेक्नोलॉजी ने अपने आविष्कार के लिए 2005 का नोबेल पुरस्कार साझा किया। एक आवृत्ति कंघी में छोटी, आवधिक प्रकाश तरंगें शामिल होती हैं जिसमें नियमित आवृत्ति अंतराल पर तीव्रता शिखर के साथ प्रकाश का एक बहुत व्यापक स्पेक्ट्रम होता है - एक कंघी के दांतों के समान। जब भी सटीक परिभाषित आवृत्ति पर प्रकाश की आवश्यकता होती है, जैसे परमाणु घड़ियों या स्पेक्ट्रोस्कोपी में, ऐसे स्पेक्ट्रा विशेष रूप से उपयोगी होते हैं।
पारंपरिक स्पेक्ट्रोस्कोपी में, किसी अन्य लेजर के साथ नमूने की जांच करते समय एक आवृत्ति कंघी का उपयोग "ऑप्टिकल शासक" के रूप में किया जा सकता है। "आपके पास एक सतत-तरंग [सीडब्ल्यू] लेजर है जो उस नमूने के साथ बातचीत कर रहा है जिसका आप विश्लेषण करना चाहते हैं और आप इस सीडब्ल्यू लेजर की पूर्ण आवृत्ति को मापना चाहते हैं," बताते हैं नथाली पिक्के मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट ऑफ क्वांटम ऑप्टिक्स के। “और इसके लिए आप फ़्रीक्वेंसी कंघी से लेज़र को हराएँ। इसलिए फ़्रीक्वेंसी कंघी आपको किसी भी आवृत्ति को मापने की संभावना देती है लेकिन एक निश्चित समय पर आप केवल एक ही मापते हैं।
तीव्रता बदल जाती है
इसके विपरीत, डुअल-कंघी स्पेक्ट्रोस्कोपी एक आवृत्ति कंघी से ही नमूने को ब्रॉडबैंड प्रकाश में उजागर करती है। जैसे इनपुट ब्रॉडबैंड है, आउटपुट भी ब्रॉडबैंड है। हालाँकि, नमूने से गुजरने वाली रोशनी इंटरफेरोमीटर पर थोड़ी अलग पुनरावृत्ति आवृत्ति के साथ दूसरी आवृत्ति कंघी से प्रकाश के साथ मिलती है। इंटरफेरोमीटर से निकलने वाले प्रकाश की बदलती तीव्रता को रिकॉर्ड किया जाता है (चित्र देखें)।
यदि नमूने ने पहली आवृत्ति कंघी के साथ बातचीत नहीं की है - आवधिक तीव्रता परिवर्तन केवल कंघी के बीच पुनरावृत्ति आवृत्ति में अंतर को दर्शाता है। हालाँकि, यदि नमूना कंघी से प्रकाश को अवशोषित करता है, तो यह तीव्रता मॉड्यूलेशन के आकार को बदल देता है। अवशोषित आवृत्तियों को इस अस्थायी हस्तक्षेप पैटर्न के फूरियर रूपांतरण से पुनर्प्राप्त किया जा सकता है।
इन्फ्रारेड आवृत्तियों पर डुअल-कंघी स्पेक्ट्रोस्कोपी बहुत सफल रही है। हालाँकि, उच्च आवृत्तियों पर तकनीक का उपयोग करना समस्याग्रस्त है। पिक्के बताते हैं, "ऐसे कोई अल्ट्राफास्ट लेज़र नहीं हैं जो सीधे पराबैंगनी क्षेत्र में उत्सर्जित होते हैं," इसलिए आपको गैर-रेखीय आवृत्ति रूपांतरण का उपयोग करने की आवश्यकता है, और जितना अधिक आप पराबैंगनी में जाना चाहते हैं, गैर-रेखीय आवृत्ति रूपांतरण के चरण उतने ही अधिक होंगे आप की जरूरत है।" गैर-रैखिक आवृत्ति अप-रूपांतरण बहुत अक्षम है, इसलिए प्रत्येक चरण में बिजली गिरती है।
कम शक्ति वाला समाधान
अब तक, अधिकांश शोधकर्ताओं ने आने वाले इन्फ्रारेड लेजर में शक्ति बढ़ाने पर ध्यान केंद्रित किया है। पिक्के कहते हैं, "उच्च शक्ति वाले लेजर, बहुत अधिक शोर और एक बहुत महंगी प्रणाली के साथ आपके पास एक बहुत ही चुनौतीपूर्ण प्रयोग है।" नए शोध में, मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर क्वांटम ऑप्टिक्स के पिक्के, हैन्श और उनके सहयोगियों ने अनुरोधित बहुत कम बिजली के साथ एक प्रणाली बनाई।
शोधकर्ताओं ने दो इन्फ्रारेड कंघों को दो बार अप-रूपांतरित किया, पहले लिथियम नाइओबेट क्रिस्टल में और फिर बिस्मथ ट्राइबोरेट में। परिणामी पराबैंगनी कंघियों ने अधिकतम 50 pW की औसत ऑप्टिकल शक्तियाँ उत्पन्न कीं। शोधकर्ताओं ने इनमें से एक को गर्म सीज़ियम गैस की कोशिका से गुजारा, जबकि दूसरे को सीधे इंटरफेरोमीटर में भेजा गया। इंटरफेरोमीटर की एक भुजा को एकल फोटॉन काउंटर पर भेजा गया था। पिक्के कहते हैं, ''वास्तव में बहुत कम गिनती है;'' "यदि आप एक स्कैन लेते हैं तो सिग्नल कुछ भी नहीं दिखता है।" हालाँकि, फिर उन्होंने बिल्कुल वही स्कैन बार-बार दोहराया। "जब हम स्कैन को 100,000 या लगभग दस लाख बार दोहराते हैं तो हमें अपना टाइम डोमेन हस्तक्षेप संकेत मिलता है, जो वह संकेत है जिसे हम ढूंढ रहे हैं।"
नई तकनीक दोहरी ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी कॉम्ब्स के प्रदर्शन को बढ़ाती है
लगभग 150 सेकंड के स्कैनिंग समय में, शोधकर्ता सीज़ियम में दो परमाणु संक्रमणों को हल कर सकते हैं जिनकी समान आवृत्तियाँ होती हैं, सिग्नल-टू-शोर अनुपात लगभग 200 के साथ। वे हाइपरफाइन इंटरैक्शन के कारण होने वाले संक्रमणों में से एक के विभाजन का भी निरीक्षण कर सकते हैं। .
पिक्के कहते हैं, "बहुत कम रोशनी के स्तर पर काम करने का विचार बहुत ही उल्टा है।" "हम दिखाते हैं कि तकनीक उन ऑप्टिकल शक्तियों के साथ काम कर सकती है जो पहले इस्तेमाल की गई तुलना में दस लाख गुना कमजोर हैं।" अब वे वैक्यूम पराबैंगनी में और भी छोटी तरंग दैर्ध्य तक पहुंचने की उम्मीद करते हैं। पिक्के बताते हैं कि पराबैंगनी स्पेक्ट्रोस्कोपी के अलावा, बहुत कम शक्तियों पर दोहरी-कंघी स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करने की क्षमता कई अन्य स्थितियों में उपयोगी साबित हो सकती है, जैसे कि जहां नमूनों को विकिरण क्षति होने का खतरा होता है।
दोहरी कंघी विशेषज्ञ जेसन जोन्स एरिज़ोना विश्वविद्यालय के, जो वैक्यूम पराबैंगनी में दूर तक प्रयोग करते हैं, मैक्स प्लैंक के काम के बारे में उत्साहित हैं। "कोई फर्क नहीं पड़ता कि आप पराबैंगनी में कितनी दूर जाते हैं, इसके उत्पन्न होने के तरीके के कारण आपके पास हमेशा कुछ न्यूनतम मात्रा में प्रकाश होगा, इसलिए यदि आप कम प्रकाश का उपयोग कर सकते हैं, तो आप हमेशा अधिक गहराई तक जाने में सक्षम होंगे," वे कहते हैं। "एकल फोटॉन का उपयोग करने में सक्षम होना और फिर भी अच्छे सिग्नल-टू-शोर स्पेक्ट्रोस्कोपिक परिणाम प्राप्त करना इसके लिए महत्वपूर्ण है।"
में अनुसंधान वर्णित है प्रकृति.
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- स्रोत: https://physicsworld.com/a/ultraviolet-dual-comb-spectroscopy-system-counts-single-photons/
