वैज्ञानिकों ने उच्च-शक्ति वाले मध्य-अवरक्त लेज़रों के उत्पादन के लिए नई विधि विकसित की

हाल ही में, सिंगापुर के नानयांग टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी (एनटीयू सिंगापुर) के नेतृत्व में वैज्ञानिकों के एक समूह ने एक नई विधि विकसित की है, जो तीव्र अल्ट्रा-फास्ट लेजर प्रकाश उत्पन्न कर सकती है, और इससे सटीक उपकरण बनाने की उम्मीद है जो ट्रेस प्रदूषकों और हानिकारक गैसों की "सूंघने" में तेजी ला सकता है।
वर्तमान में, इन्फ्रारेड रेंज के लेज़रों में हवा में उपस्थित विभिन्न प्रकार के पदार्थों का कुछ ही मिनटों में विश्लेषण करने की क्षमता है, चाहे वे ग्रीनहाउस गैसें हों, विषाक्त पदार्थ हों, विस्फोटक हों या मानव स्वास्थ्य के लिए प्रासंगिक गैसें हों।
इनमें से, उच्च-शक्ति वाले मध्य-अवरक्त लेजर विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं, जो अत्यधिक संवेदनशील दूरस्थ पहचान उपकरणों को सहायता प्रदान करते हैं, जो पदार्थों की अल्प मात्रा का भी सुरक्षित रूप से पता लगा सकते हैं, जिन्हें सामान्य परिस्थितियों में पता लगाना कठिन हो सकता है।
हालांकि, ऐसे लेज़रों के निर्माण के लिए मौजूदा तकनीकें चुनौतियों का सामना करती हैं। एक ओर, कुछ विधियों के लिए सख्त प्रयोगशाला वातावरण की आवश्यकता होती है जो किसी भी प्रकार के हस्तक्षेप को बर्दाश्त नहीं करते हैं, जैसे कंपन, तापमान या आर्द्रता में बदलाव, जो वास्तविक दुनिया के वातावरण में उनके अनुप्रयोग को सीमित करता है। दूसरी ओर, जबकि कुछ विधियाँ अस्थिर वातावरण में लेज़र प्रकाश उत्पन्न करने में सक्षम हैं, लेकिन तीव्रता इतनी मजबूत नहीं है कि पदार्थों की ट्रेस मात्रा का सटीक रूप से पता लगा सके।
सिंगापुर में नानयांग टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी के सहायक प्रोफेसर चांग वोनक्यून के नेतृत्व में एक शोध दल ने एक विशेष खोखले फाइबर का उपयोग करके और इसकी आंतरिक संरचना की मोटाई को समायोजित करके उपरोक्त चुनौतियों को सफलतापूर्वक हल किया है। नई विधि स्थिर प्रयोगशाला वातावरण पर निर्भर किए बिना मध्य-अवरक्त रेंज में उच्च चमक वाली लेजर लाइट उत्पन्न कर सकती है।
प्रोफेसर चांग ने कहा, "हमारी तकनीक पोर्टेबल, कुशल और तेज़ मिड-इन्फ्रारेड लेजर विकसित करने का एक नया तरीका प्रदान करती है।" इन लेजर को कड़ाई से नियंत्रित वातावरण में संचालित करने की आवश्यकता नहीं होती है और इसलिए इन्हें डिटेक्टरों के साथ जोड़ा जा सकता है और अज्ञात पदार्थों की एक विस्तृत श्रृंखला का परीक्षण और पहचान करने के लिए सीधे क्षेत्र में उपयोग किया जा सकता है। इसका मतलब है कि अब हमें परीक्षण के लिए प्रयोगशालाओं में नमूने भेजने की ज़रूरत नहीं है, यहाँ तक कि पदार्थों की सूक्ष्म मात्रा के लिए भी, जिससे समय और संसाधनों की महत्वपूर्ण बचत होती है।"
खोखला फाइबर प्रौद्योगिकी, जो मध्य-अवरक्त लेजर (2-20 माइक्रोन की तरंगदैर्ध्य) को पदार्थों का पता लगाने के दौरान महत्वपूर्ण लाभ प्रदर्शित करने की अनुमति देती है। कई अणुओं में मध्य-अवरक्त श्रेणी में लेजर के लिए अद्वितीय अवशोषण गुण होते हैं, जो इन लेजर को अज्ञात पदार्थों की पहचान करने में विशेष रूप से प्रभावी बनाते हैं। इसके अलावा, मध्य-अवरक्त लेजर पानी के अणुओं के हस्तक्षेप के बिना, पानी की उपस्थिति में भी पदार्थों को सटीक रूप से पहचान सकता है।
सहायक प्रोफेसर चांग वोनक्यून ने कंप्यूटर सिमुलेशन के माध्यम से पता लगाया कि खोखले फाइबर माइक्रोट्यूब की दीवार की मोटाई को बदलकर, निकट-अवरक्त लेजर को उच्च-शक्ति वाले मध्य-अवरक्त लेजर में बदलना संभव है। प्रायोगिक परिणामों से पता चला कि वे 3-4 माइक्रोमीटर की तरंग दैर्ध्य और मेगावाट तक की अधिकतम शक्ति वाले मध्य-अवरक्त लेजर बनाने में सफल रहे, जो एक मानक प्रकाश बल्ब से कहीं अधिक है।
लिमोज विश्वविद्यालय के प्रो. साम्बैस्टियन फसाम्वियर ने टिप्पणी की कि नानयांग टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी टीम का दृष्टिकोण पारंपरिक जटिल गैर-रेखीय व्यवस्था से बहुत अलग है और स्थिर मध्य-अवरक्त लेजर बनाने के लिए सोचने का एक नया तरीका प्रदान करता है। इसके अलावा, चूंकि खोखले तंतुओं को एक दूसरे के साथ जोड़ा जा सकता है, इसलिए यह यांत्रिक भागों को हिलाए बिना मध्य-अवरक्त लेजर बनाने की संभावना को खोलता है।
प्रायोगिक डेटा से पता चलता है कि टीम द्वारा निर्मित मध्य-अवरक्त लेजर मौजूदा तकनीकों की तुलना में लगभग 1,000 गुना अधिक शक्तिशाली हैं, और लंबी दूरी पर ट्रेस पदार्थों का पता लगाने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली हैं। प्रोफेसर चांग ने आगे कहा, "ऐसी उच्च तीव्रता वाली लेजर के साथ, हम अभूतपूर्व संवेदनशीलता प्राप्त कर सकते हैं और इन उपकरणों का उपयोग उन पदार्थों की ट्रेस मात्रा का सुरक्षित रूप से पता लगाने के लिए कर सकते हैं, जिन्हें पारंपरिक तरीकों से पता लगाना मुश्किल है।"
इस शोध के परिणाम न केवल अधिक सटीक पर्यावरण निगरानी उपकरणों के विकास के लिए तकनीकी सहायता प्रदान करते हैं, बल्कि स्वास्थ्य निगरानी के क्षेत्र में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकते हैं। उदाहरण के लिए, सांस में मीथेन के स्तर का पता लगाकर, इस तकनीक का उपयोग कोलोरेक्टल कैंसर की शुरुआती जांच के लिए किया जा सकता है।
भविष्य को देखते हुए, शोध दल ने इसकी पहचान क्षमता को बेहतर बनाने के लिए मध्य-अवरक्त लेजर की तरंगदैर्ध्य सीमा का और विस्तार करने की योजना बनाई है। सहायक प्रोफेसर झांग के अनुसार, यह विधि सैद्धांतिक रूप से 10 माइक्रोमीटर तक की तरंगदैर्ध्य के साथ मध्य-अवरक्त लेजर का उत्पादन कर सकती है, जो पर्यावरण निगरानी और सुरक्षा पहचान जैसे क्षेत्रों में इसके अनुप्रयोग को और व्यापक बनाएगी।