நேறியல் இல்லாத (Nonlinear) ஃபைபர் ஆப்ட்டிக்ஸ் என்றால் என்ன?

2012 இல் ஆஸ்டன் பல்கலைக்கழகம் ஏற்பாடு செய்த “தகவல்தொடர்புகளில் சிறப்பானது” என்ற போட்டியில் பரிசு வென்ற நுழைவு பின்வருமாறு. பரிசு வென்ற அனைத்து உள்ளீடுகளையும் இங்கே காணலாம்.

Translated by N. Sugavanam/ மொழிபெயர்ப்பு: திரு. என். சுகவனம்.

அனைத்து பொருட்களையும் திருகு சுருள் வில்(spring) மற்றும் திருகு சுருள் வில்லின் நெட்வொர்க்குகள் என்று கற்பனை செய்து பாருங்கள். உதாரணமாக, நீங்கள் ஜெல்லியின் ஒரு குமிழை ஒரு அசைவு கொடுத்தால், அது கொஞ்சம் கொஞ்சமாக அசைந்து, பின்னர் அது தளரும். குறிப்பிடத்தக்க வகையில், ஒளி அனைத்து பொருட்களையும் தள்ளுகிறது, ஆனால் அணு அளவில். நாம் அதை பொருளின் இயக்கம் என்று உணரவில்லை, ஆனால் அதை பொருளின் நிறமாக உணர்கிறோம். இப்போது கேள்வி என்னவென்றால், ஒளிக்கு ஒரு மென்மையான அசைவ கொடுப்பதற்கு ,பதிலாக,  தீவிரமான அசைவை கொடுத்தால் என்ன ஆகும்?

நல்லது, சுவாரஸ்யமான விஷயங்கள் நடக்கும்.

நீங்கள் ஒரு பேடெல் பாங் விளையாடுகிறீர்கள் என்று கற்பனை செய்து பாருங்கள். நீங்கள் பாங்கை மென்மையாக அடித்தால், அனைத்தையும் கணிக்கமுடியும். ஆனால் நீங்கள் பாங்கை சற்று கடினமாக அடித்தால், பாங் எவ்வாறு நடந்துகொள்ளும்  என்பதை நீங்கள் சரியாக கணிக்க முடியாது – ரப்பர் பேண்ட் பயன்பாட்டு சக்திகளுக்கு நேர்மாறாக பதிலளிக்கத் தொடங்குகிறது.

ஒரு எளிய ஊசலினநேறியல் இல்லாதா நடத்தை – கருப்பு ஊசல் என்பது சிறிய கோண தோராயமாகும், மேலும் இலகுவான சாம்பல் ஊசல் (ஆரம்பத்தில் பின்னால் மறைக்கப்பட்டுள்ளது) சரியான தீர்வாகும். ஒரு பெரிய ஆரம்ப கோணத்திற்கு, சிறிய கோண தோராயத்திற்கும் (கருப்பு) சரியான தீர்வுக்கும் (வெளிர் சாம்பல்) வித்தியாசம் உடனடியாகத் தெரிகிறது – https://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/Pendulum/Pendulum.html 

அடிப்படையில் அணுக்கள் மற்றும் ஒளியிலும் இது நிகழ்கிறது. ஒளி அணுக்களுடன் தொடர்பு கொள்ளும்போது, அதன் எலக்ட்ரான்களை ஊசலாட்டமாக அமைக்கிறது. நேரியல் அல்லாத ஒளியின்  ஆய்வில், அணுக்களை வழக்கத்தை விட சற்று கடினமாகத் தாக்கி, அணுக்கள் ஒளியுடன் எவ்வாறு தொடர்பு கொள்கின்றன என்பதைப் பார்க்கிறோம். எங்கள் துடுப்பு ஒரு அருமையான லேசர்.

ஆனால் நம்மிடம் லேசர் இருந்தாலும், அணுக்களை கடுமையாக தாக்க நாம் ஒரு இடத்தில் கவனம் செலுத்தும் ஆற்றல் தேவை. இறுக்கமான கவனத்தைப் பெறுவதற்கு நாம் ஒரு பூதக்கண்ணாடியை (அல்லது லென்ஸ்கள் அமைப்பு) கொள்கையளவில் பயன்படுத்தலாம், ஆனால் கதிர்கள் அதைத் தாண்டி வேறுபடுகின்றன, மேலும் ஆற்றல் அடர்த்தி குறையும்.

ஆப்டிகல் ஃபைபர்கள் இந்த இடையூறுகளைச் சுற்றி நடக்க நமக்கு உதவுகின்றன. இந்த இழைகள் மொத்த உள் பிரதிபலிப்பின் கொள்கையால் தங்களுக்குள் ஒளியைக் கட்டுப்படுத்துகின்றன, ஆனால் இரண்டு கூடுதல் நன்மைகளுடன். ஒன்று – ஒளி அதன் ஆற்றலை அதிகம் இழக்காமல் ஃபைபருக்குள் கிலோமீட்டர் பயணம் செய்யலாம். இரண்டு – மற்றும் மிக முக்கியமாக – இது 7 முதல் 8 மைக்ரான் வரிசையின் பரிமாணங்களுடன் மட்டுப்படுத்தப்பட்டுள்ளது – மனித முடியின் விட்டத்தை விட பத்து மடங்கு சிறியது.

இவ்வாறு நம்மிடம் ஒரு ஊடகம் உள்ளது, அதில் நாம் ஒரு சிறிய இடத்தில் நிறைய ஒளி ஆற்றலைக் கட்டுப்படுத்த முடியும், பின்னர் அதை கிலோமீட்டர் தூரம் பயணிக்கச் செய்யலாம். இது நடுத்தரத்துடன் ஒளியின் தொடர்புகளை அதிகரிக்கிறது. ஆகவே, அதிக சக்தி வாய்ந்த லேசரிலிருந்து மிக நீண்ட ஆப்டிகல் ஃபைபரின் ஒரு முனை வழியாக ஒளியை நாம் ‘பம்ப்’ செய்கிறோம், மேலும் அதற்குள் கணிசமான தூரத்தை பயணித்த பிறகு என்ன நடக்கிறது என்பதைப் ஆராய்கிறாோம்

இது அடிப்படையில் நேரியல் அல்லாத ஃபைபர் ஒளியின் ஆய்வு ஆகும். இது ‘என்ன என்றால்…?’ என்ற கேள்வியுடன் தொடங்கியது, ஆனால் இது பல நிஜ உலக பயன்பாடுகளில் விளைந்துள்ளது. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு ஃபைபரில் ஒரு வண்ணத்தின் பலவீனமான சமிக்ஞையை பெருக்க முடியும், இது வேறுபட்ட நிறத்தின் வலுவான ஒளி சமிக்ஞையுடன் தொடர்புகொள்வதன் மூலம் – ஃபைபர் தகவல்தொடர்புகளில் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு நுட்பம். வழக்கத்தை விட சற்று அதிக ஆற்றலை செலுத்துவதன் மூலம், ஒருவர் வெவ்வேறு வண்ணங்களின் ஒளியை (அதிக ஹார்மோனிக் தலைமுறை என்று அழைக்கப்படுகிறது ) அல்லது ஒரு சூப்பர்-தொடர்ச்சியான வண்ணங்கள் (இந்த வலைப்பதிவின் மேலே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி) உருவாக்கலாம், இது பல்லாயிரக்கணக்கான நானோமீட்டர்களைக் கொண்டுள்ளது.

நேரியல் அல்லாத ஃபைபர் ஒளியியல் பற்றிய ஆராய்ச்சி விரைவான, துடிப்புள்ள வெளியீட்டு ஃபைபர் ஒளிக்கதிர்களையும் உருவாக்கியுள்ளது, அவை வழக்கமாக அறுவை சிகிச்சை மற்றும் தொழில்துறை பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

ஆஸ்டன் பல்கலைக்கழகத்தில், ஆப்டிகல் இழைகளில் உள்ள நேரியல் அல்லாத நிகழ்வுகளை ஆழமாக, நவீன உபகரணங்களுடன்ஆராய்கிறாோம் இயற்கையில் மறைக்கப்பட்ட ரகசிய விஷயங்கள் இருக்கின்றன என்பதைப் புரிந்துகொள்வதற்கு மிக நெருக்கமாக இருக்கிறோம் என்று நாங்கள் நம்புகிறோம்.

மேலே உள்ள படம் – https://www.laserfocusworld.com/articles/print/volume-52/issue-06/features/microstructured-fiber-photonic-crystal-fibers-advance-supercontinuum-generation.html

நேறியல் இல்லாத (Nonlinear) ஃபைபர் ஆப்ட்டிக்ஸ் என்றால் என்ன? by Srikanth Sugavanam, N. Sugavanam is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Based on a work at https://www.srikanthsugavanam.com/sci-blog/stretching-it-a-bit-nonlinear-fibre-optics/.