'निष्क्रिय' मानी जाने वाली चिप परत को नया प्रकाश-स्रोत बनाया वैज्ञानिकों ने

फोटॉनिक चिप की एक परत, जिसे पहले सिर्फ संरचनात्मक सहारे के रूप में देखा जाता था, अब नई प्रकाश आवृत्तियां बनाने के काम में लगाई गई है — यह बात Advanced Photonics पत्रिका में प्रकाशित एक अध्ययन में सामने आई। यह उपकरण एक उंगली की नोक पर समाने लायक छोटी चिप पर सिलिकॉन नाइट्राइड कोर और उसे घेरने वाली सिलिका परत को मिलाकर व्यापक रेंज की प्रकाश आवृत्तियां बनाता है।

फोटॉनिक चिप, "वेवगाइड" (waveguide) कहलाने वाली सूक्ष्म नलियों से प्रकाश को गुज़ारती हैं; ज़्यादातर प्रकाश कोर में ही रहता है, लेकिन उसका एक हिस्सा आसपास की परत में फैल जाता है — जिसे आमतौर पर एक निष्क्रिय दुष्प्रभाव माना जाता है। शोधकर्ताओं ने एक रिंग-आकार का सिलिकॉन नाइट्राइड रेज़ोनेटर डिज़ाइन किया, जिसमें घूमते ऑप्टिकल क्षेत्र का करीब 31% हिस्सा आसपास की सिलिका से ओवरलैप करता है, जिससे प्रकाश दोनों पदार्थों से क्रिया करता है। सिलिकॉन नाइट्राइड कोर के भीतर, "फोर-वेव मिक्सिंग" (four-wave mixing) नामक अरैखिक प्रक्रिया से समान दूरी की प्रकाश आवृत्तियों की एक शृंखला, यानी "ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कंघी" (optical frequency comb) बनती है। सिलिका में, "रामन स्कैटरिंग" (Raman scattering) नामक अलग प्रक्रिया कुछ प्रकाश को नई आवृत्ति में बदल देती है; पर्याप्त प्रवर्धन पर यह "रामन लेज़िंग" बनाती है।

जब शोधकर्ताओं ने सिलिका-लेपित सिलिकॉन नाइट्राइड रिंग रेज़ोनेटर में लगातार लेज़र प्रकाश भेजा, तो पंप आवृत्ति से 11 टेराहर्ट्ज़ दूर एक दूसरा ऑप्टिकल संकेत दिखा — जो सिलिका के विशिष्ट रामन शिफ्ट से मेल खाता था — और पंप तरंगदैर्घ्य बदलने पर यह संकेत भी उतनी ही दूरी बनाए रखते हुए साथ खिसका, जिससे पुष्टि हुई कि यह संकेत सिलिका में रामन स्कैटरिंग से आ रहा था। डिस्पर्शन (dispersion) नियंत्रित करने के लिए सिलिकॉन नाइट्राइड वेवगाइड को थोड़ा चौड़ा करके, टीम ने बनी हुई फ़्रीक्वेंसी कंघी को 400 नैनोमीटर से ज़्यादा तक फैलाया।

शोधकर्ताओं ने हिसाब लगाया था कि रामन लेज़िंग करीब 140 मिलीवाट की ऑप्टिकल पावर पर शुरू होनी चाहिए; मापी गई सीमा 143 मिलीवाट निकली — यह करीबी मेल इस बात की पुष्टि करता है कि रामन गेन के लिए सिलिका परत ज़िम्मेदार थी। बनी हुई कंघियां अभी पूरी तरह कोहेरेंट (coherent) नहीं थीं, यानी उनकी सभी रेखाओं के चरण (phase) पूरी तरह एक-दूसरे से नहीं जुड़े थे — शोधकर्ताओं के अनुसार सबसे मुश्किल टाइमिंग और मापन उपयोगों के लिए पूर्ण कोहेरेंस ज़रूरी है।