ছবি সৌজন্যে: অস্ট্রিয়ার বিজ্ঞান ও প্রযুক্তি ইনস্টিটিউট
আলো এমন একটি জিনিস যা আমরা খুব কমই দুবার চিন্তা করি। এটি জানালা দিয়ে আমাদের বাড়িতে প্রবেশ করে, রাতে রাস্তাগুলিকে আলোকিত করে এবং একটি সুন্দর সূর্যাস্ত থেকে ক্ষুদ্রতম বিবরণ একটি মাইক্রোস্কোপের নীচে সবকিছু ক্যাপচার করতে আমাদের সাহায্য করে৷ কিন্তু যদি আলো আমাদের চোখে পৌঁছায় ততটা সহজ না হয় যতটা দেখা যায়? যদি এটি বেশ কয়েকটি উত্স যা আলোক তরঙ্গ প্রেরণ করে যা ওভারল্যাপ করে, একে অপরের সাথে হস্তক্ষেপ করে এবং সামান্য ভিন্ন সময়ে আসে? বেশিরভাগ ক্যামেরা এই মিশ্রণটিকে একক ছবি হিসেবে রেকর্ড করে। প্রক্রিয়ায়, যাইহোক, তারা আলোর মধ্যেই লুকানো তথ্য হারাতে পারে৷ স্ট্যানফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষকরা, অস্ট্রিয়া এবং ইতালির সহযোগীদের সাথে, এখন এই সমস্যাটি মোকাবেলার একটি উপায় খুঁজে পেয়েছেন৷ তারা একটি ছোট চিপ তৈরি করেছে, মোটামুটি একটি আঙুলের নখের আকার, যা মিশ্র আলো নিতে পারে এবং একে পৃথক, পরিষ্কার বিমগুলিতে আলাদা করতে পারে। প্রযুক্তিটি এমন একটি সমস্যার সমাধান করে যা বিজ্ঞানীরা 1980 এর দশক থেকে চিন্তা করছেন, কিন্তু যা আগে এই শারীরিক আকারে প্রদর্শিত হয়নি।
মিশ্র আলোর সাথে কাজ করা এত কঠিন কেন?
সব আলো একইভাবে আচরণ করে না। একটি লেজার পয়েন্টার এবং একটি লাইট বাল্ব বিবেচনা করুন। যদিও উভয়ই আলো উৎপন্ন করে, তবে তাদের আলোক তরঙ্গের আচরণের পদ্ধতিটি বেশ ভিন্ন। একটি লেজার তৈরি করে যাকে বিজ্ঞানীরা সুসংগত আলো বলে। এর আলোক তরঙ্গগুলি সমন্বিতভাবে চলে, প্রায় একই ছন্দ অনুসরণকারী সাঁতারুদের একটি দলের মতো। যখন এই তরঙ্গগুলি মিলিত হয়, তারা একে অপরকে শক্তিশালী করতে পারে বা একে অপরকে বাতিল করতে পারে, স্বতন্ত্র নিদর্শন তৈরি করতে পারে। অন্যদিকে, একটি নিয়মিত আলোর বাল্ব এমন আলো তৈরি করে যার তরঙ্গগুলি মূলত সিঙ্কের বাইরে থাকে। তারা একই ছন্দ অনুসরণ করে না, যার ফলে আলো আরও বিক্ষিপ্ত এবং ছড়িয়ে পড়ে। বাস্তব জগতে আমরা যে আলোর মুখোমুখি হই তা এই দুটি চরমের মধ্যে কোথাও পড়ে। বিজ্ঞানীরা এটিকে আংশিকভাবে সুসঙ্গত হিসাবে বর্ণনা করেছেন, যার অর্থ হল এর কিছু তরঙ্গ সংগঠিত হতে পারে যখন অন্যরা তা নয়। এটি একটি বিট সমস্যা তৈরি করে. যখন বিভিন্ন উত্স থেকে আলো ওভারল্যাপ হয়, তখন একটি অবদান থেকে অন্যটি আলাদা করা কঠিন হয়ে পড়ে। ফলস্বরূপ হস্তক্ষেপ অপটিক্যাল যন্ত্রগুলিকে কম কার্যকর করতে পারে। কিন্তু স্ট্যানফোর্ড গবেষকরা বিশ্বাস করেন যে এই আপাতদৃষ্টিতে অগোছালো আচরণ আসলে কার্যকর হতে পারে। পরিত্রাণ পেতে কিছু হিসাবে আংশিকভাবে সুসঙ্গত আলোকে চিকিত্সা করার পরিবর্তে, তারা বুঝতে চেয়েছিল যে এর পৃথক উপাদানগুলিকে আলাদা করে অধ্যয়ন করা যেতে পারে কিনা।
কিভাবে ক্ষুদ্র চিপ কাজ করে?
ছবি সৌজন্যে: অস্ট্রিয়ার বিজ্ঞান ও প্রযুক্তি ইনস্টিটিউট
গবেষকরা যে ডিভাইসটি তৈরি করেছেন তা হল একটি ফোটোনিক চিপ। প্রচলিত ইলেকট্রনিক চিপগুলির বিপরীতে, যা তথ্য বহন করতে বৈদ্যুতিক সংকেত এবং ইলেকট্রন ব্যবহার করে, ফটোনিক চিপগুলি আলোর সাথেই কাজ করে। তারা একটি সিলিকন পৃষ্ঠে অত্যন্ত ছোট চ্যানেলের মাধ্যমে ফোটনকে গাইড করে। তাদের পরীক্ষার জন্য, গবেষকরা দুটি ইনফ্রারেড লেজারকে চিপে নির্দেশ করেছিলেন। দুটি উত্স থেকে আলো ওভারল্যাপ করায়, এটি একটি আংশিকভাবে সুসঙ্গত মিশ্রণ তৈরি করেছিল। চিপের ভিতরে, ইন্টারফেরোমিটার নামক ক্ষুদ্র অপটিক্যাল উপাদানগুলির একটি নেটওয়ার্ক, যা অ্যালগরিদম দ্বারা সমর্থিত, আগত আলোর পরিসংখ্যানগত বৈশিষ্ট্যগুলি পরীক্ষা করে। তারপরে এটি মিশ্রণটিকে তার পৃথক উপাদানগুলিতে আলাদা করে এবং তাদের বিভিন্ন আউটপুটের দিকে পরিচালিত করে। এই উপাদানগুলি সুসংগত মোড হিসাবে পরিচিত। সহজ ভাষায়, এগুলি একটি আলোক ক্ষেত্রের স্বতন্ত্র অংশ যা একে অপরের সাথে সম্পর্কযুক্ত থাকে না। মজার বিষয় হল, চিপটি কেবল মিশ্র আলোর পাঠ গ্রহণ করে না এবং মূল বিমগুলি কেমন হতে পারে তা পুনর্গঠন করতে একটি কম্পিউটার ব্যবহার করে। এটি শারীরিকভাবে বিভিন্ন সুসংগতি মোডগুলিকে পৃথক চ্যানেলগুলিতে পৃথক করে, গবেষকদের অধ্যয়ন করতে এবং স্বাধীনভাবে তাদের ব্যবহার করার অনুমতি দেয়। বিচ্ছেদ কাজ করেছে কিনা তা পরীক্ষা করার জন্য, দলটি দুটি আউটপুট বিম পুনরায় সংযুক্ত করেছে। তারা দেখতে পেল যে আলোর তরঙ্গ একে অপরের সাথে সিঙ্ক্রোনাইজ করে না, নিশ্চিত করে যে চিপ সফলভাবে তাদের স্বাধীন মরীচিতে আলাদা করেছে। গবেষকরা তারপর পরীক্ষায় তৃতীয় লেজার প্রবর্তন করেন। ডিভাইসটি এখনও ফলাফলের মিশ্রণটি বাছাই করতে সক্ষম ছিল, পরামর্শ দেয় যে প্রযুক্তিটি আলোর মাত্র দুটি উত্সের সাথে কাজ করতে পারে।
ক্যামেরা এবং টেলিস্কোপের জন্য এর অর্থ কী হতে পারে?
এই প্রযুক্তির সবচেয়ে প্রতিশ্রুতিশীল অ্যাপ্লিকেশনগুলির মধ্যে একটি হল ইমেজিং। আমরা যখন একটি ছবি তুলি, তখন একটি ক্যামেরা প্রাথমিকভাবে আলোর তীব্রতা বা ছবির বিভিন্ন অংশ কতটা উজ্জ্বল দেখায় তা রেকর্ড করে। কিন্তু আলো তার ফেজ সহ অন্যান্য তথ্যও বহন করে, যা এর তরঙ্গের আপেক্ষিক সময় এবং সারিবদ্ধতা বর্ণনা করে। একটি চিত্র তৈরি হলে এই তথ্যের বেশিরভাগই হারিয়ে যায়। নতুন চিপ এই অন্যথায় উপেক্ষা করা বিশদগুলির কিছু সংরক্ষণ এবং আলাদা করতে সহায়তা করতে পারে। একটি মাইক্রোস্কোপ বিবেচনা করুন, যেখানে দুটি ফ্লুরোসেন্ট কণা একে অপরের এত কাছাকাছি অবস্থান করে যে তারা একটি একক বস্তু বলে মনে হয়। যদিও তারা ফলস্বরূপ চিত্রে অভিন্ন দেখতে পারে, তারা যে আলো নির্গত করে তা বিভিন্ন স্বাক্ষর বহন করতে পারে। তাদের সমন্বয় মোডগুলিকে আলাদা করতে সক্ষম একটি চিপ গবেষকদের দুটি উত্সের মধ্যে পার্থক্য করতে সাহায্য করতে পারে, এমনকি যখন তারা ওভারল্যাপ হয়। জ্যোতির্বিদ্যা আরেকটি ক্ষেত্র যা উপকৃত হতে পারে। দূরবীক্ষণ যন্ত্রে পৌঁছানোর পর আলোকে অনেক দূরত্ব অতিক্রম করে ব্যাখ্যা করা কঠিন হয়ে উঠতে পারে। যা একটি একক অস্পষ্ট উৎস বলে মনে হচ্ছে তাতে বিভিন্ন বস্তুর অবদান থাকতে পারে। গবেষকরা তাদের প্রযুক্তি বিজ্ঞানীদের এই ধরনের আলো অধ্যয়ন করতে সাহায্য করতে পারে কিনা তা তদন্ত করার জন্য NASA-এর সাথে একটি সহযোগিতা অন্বেষণ করছেন। অপটিক্যাল কমিউনিকেশন, সেন্সিং এবং কম্পিউটিং-এও সম্ভাবনা রয়েছে। যেহেতু চিপ পরিবর্তনশীল আলোর অবস্থার সাথে নিজেকে সামঞ্জস্য করতে পারে, এটি সম্ভাব্যভাবে সিস্টেমগুলিকে এমন পরিবেশে আরও কার্যকরভাবে কাজ করতে সাহায্য করতে পারে যেখানে বায়ুমণ্ডলীয় ব্যাঘাত আগত সংকেতগুলিতে হস্তক্ষেপ করে।
আলোর দিকে তাকানোর একটি ভিন্ন উপায়
ছবি সৌজন্যে: অস্ট্রিয়ার বিজ্ঞান ও প্রযুক্তি ইনস্টিটিউট
ডিভাইসটি কী করতে পারে এবং কী করতে পারে না তা বোঝা গুরুত্বপূর্ণ। এটি স্বয়ংক্রিয়ভাবে প্রতিটি মূল আলোর উত্স সনাক্ত এবং পুনরুদ্ধার করে না। পরিবর্তে, এটি আগত আলোকে তার অন্তর্নিহিত সমন্বয় মোডগুলিতে পৃথক করে। এই মোডগুলি শুধুমাত্র নির্দিষ্ট অবস্থার অধীনে মূল উত্সগুলির সাথে মিলে যায়, যেমন যখন আগত বিমগুলি স্থানিকভাবে অর্থোগোনাল হয়। এমনকি এই পার্থক্যের সাথে, অর্জনটি উল্লেখযোগ্য। পূর্ববর্তী পদ্ধতিগুলি মিশ্র আলোর বারবার পরিমাপ নেওয়া এবং এর বৈশিষ্ট্যগুলি বোঝার জন্য ব্যাপক গণনামূলক কাজ ব্যবহার করার উপর নির্ভর করেছিল। স্ট্যানফোর্ড চিপ একটি কমপ্যাক্ট সিলিকন প্ল্যাটফর্মে শারীরিকভাবে পৃথকীকরণ সম্পাদন করে, গবেষকদের আগাম আলোর ক্ষেত্রটি আগে থেকে জানার প্রয়োজন ছাড়াই। তাদের পরীক্ষায়, গবেষকরা দুটি স্বাধীন লেজার দ্বারা উত্পাদিত আলো থেকে দুটি শক্তিশালী সমন্বয় মোডকে সফলভাবে পৃথক করেছেন। একটি বেঞ্চমার্ক পদ্ধতির সাথে তুলনা করলে ফলাফলগুলি 98% এর বেশি বিশ্বস্ততা দেখিয়েছে। তিনটি লেজার জড়িত একটি পৃথক পরীক্ষায় দেখা গেছে যে পদ্ধতিটি দুটি আলোর উত্সের বাইরে প্রসারিত হতে পারে। দীর্ঘকাল ধরে, বিজ্ঞানীরা মূলত আংশিকভাবে সুসংগত আলোর কাছে এসেছেন যা সংশোধন বা নিয়ন্ত্রণ করা প্রয়োজন। এই গবেষণা একটি ভিন্ন দৃষ্টিকোণ প্রস্তাব. সম্ভবত অগোছালো আলোতে লুকিয়ে থাকা তথ্যটি আমরা ইতিমধ্যে দেখতে পাচ্ছি এমন তথ্যের মতোই মূল্যবান। একটি আঙ্গুলের নখের আকারের চিপ দেখতে খুব একটা ভালো নাও হতে পারে, কিন্তু এর আলোকে জটমুক্ত করার ক্ষমতা শেষ পর্যন্ত আমরা কীভাবে বিশ্বকে পর্যবেক্ষণ করি তা পরিবর্তন করতে পারে। একটি মাইক্রোস্কোপের নীচে ক্ষুদ্র কণা চিহ্নিত করা থেকে শুরু করে দূরবর্তী ছায়াপথ অধ্যয়ন পর্যন্ত, প্রযুক্তি বিজ্ঞানীদের বিশদ দেখতে সাহায্য করতে পারে যা প্রচলিত ইমেজিং সিস্টেমগুলি অন্যথায় মিস করতে পারে।
প্রবন্ধের শেষ
