वैज्ञानिकों ने प्रकाश को नियंत्रित करने और निर्देशित करने का एक बिल्कुल नया तरीका खोजने के लिए सूरज की रोशनी बादलों से गुजरने के तरीके से प्रेरणा ली है।
ग्लासगो विश्वविद्यालय के भौतिकविदों के नेतृत्व में किया गया सफल शोध, प्रकाश तरंगों को अपारदर्शी सामग्रियों के माध्यम से सुरंगनुमा घुमावदार रास्तों के आसपास निर्देशित करने की अनुमति देता है जो आम तौर पर उन्हें सभी दिशाओं में बिखेर देती हैं।
यह मेडिकल इमेजिंग तकनीक की भावी पीढ़ियों में अनुप्रयोग पा सकता है, जिससे डॉक्टरों को मानव शरीर के अंदर देखने के नए तरीके उपलब्ध होंगे।
इसे प्रकाश के बजाय गर्मी को निर्देशित करने, कंप्यूटिंग प्रणालियों के लिए थर्मल प्रबंधन में नए अनुप्रयोगों को खोलने और प्रकाश तरंगों के बजाय न्यूट्रॉन जैसे कणों को सीमित करने के लिए भी अनुकूलित किया जा सकता है, जिसका उपयोग परमाणु प्रौद्योगिकियों में किया जा सकता है।
टीम ने जो 'वेवगाइडिंग' प्रभाव खोजा है, वह फाइबर ऑप्टिक केबल के समान है, जो कुल आंतरिक प्रतिबिंब नामक प्रक्रिया का उपयोग करके अपने मूल के माध्यम से प्रकाश ले जाता है। फाइबर ऑप्टिक्स में, कोर कम अपवर्तक सूचकांक के साथ एक आवरण सामग्री से घिरा होता है, जो प्रकाश को कोर की लंबाई के साथ उछालता रहता है, जिससे यह न्यूनतम नुकसान के साथ लंबी दूरी की यात्रा करने की अनुमति देता है।
इसके बजाय शोधकर्ताओं का नया तरंग-निर्देशन तंत्र एक बहुत ही अलग भौतिक प्रक्रिया पर निर्भर करता है। इसके बजाय, प्रकाश को कमजोर रूप से बिखरने वाली सामग्री के एक ठोस कोर के माध्यम से ले जाया जाता है, जो बदले में एक ऐसी सामग्री में घिरा होता है जो बहुत अधिक मजबूती से बिखरता है। सामग्रियों के प्रकीर्णन गुणों के बीच का अंतर प्रकाश को कोर तक सीमित रखता है और इसे अप्रत्याशित रूप से उच्च परिशुद्धता के साथ निर्देशित करने में सक्षम बनाता है।
शोध, जो प्रकाशित एक नए पेपर में प्रदर्शित हुआ प्रकृति भौतिकीपेपर के संबंधित लेखक प्रोफेसर डेनिएल फैशियो का कहना है कि बादलों के बारे में प्रयोगशाला में चर्चा से इसकी शुरुआत हुई थी।
ग्लासगो विश्वविद्यालय के एक्सट्रीम लाइट अनुसंधान समूह का नेतृत्व करने वाले प्रोफेसर फैशियो ने कहा: “लंबे क्यूम्यलस बादल अक्सर अपने सबसे ऊंचे बिंदु पर चमकदार सफेद होते हैं और सबसे निचले बिंदु पर गहरे भूरे रंग के होते हैं क्योंकि सूर्य का प्रकाश अनगिनत पानी की बूंदों के माध्यम से बिखरा हुआ होता है जो बादल के आंतरिक भाग में मौजूद होते हैं। जैसे ही प्रकाश बादल के माध्यम से बिखरता है तो तेजी से क्षय होता है, जिससे निचला भाग गहरा हो जाता है, और शीर्ष पर परावर्तित होता है, जिससे यह सफेद हो जाता है।
“हमने आश्चर्य करना शुरू कर दिया कि क्या उस बिखरने वाले प्रभाव को नियंत्रित तरीके से उपयोग करना संभव हो सकता है, और बिखरने वाली सामग्रियों के माध्यम से प्रकाश का मार्गदर्शन करने के लिए पथ बनाने के लिए इसका उपयोग करना संभव हो सकता है।”
टीम ने कम-प्रकीर्णन वाले कोर के साथ अत्यधिक प्रकीर्णन वाली अपारदर्शी सफेद राल संरचनाएं बनाने के लिए एक 3डी प्रिंटर का उपयोग किया, और संरचनाओं के माध्यम से प्रकाश का मार्गदर्शन करने के साथ प्रयोग करना शुरू किया।
उन्होंने पाया कि कम बिखरने वाले कोर के माध्यम से इसके बिना संरचनाओं की तुलना में 100 गुना अधिक प्रकाश संचारित करना संभव है। उन्होंने घटना को सीधी और घुमावदार दोनों संरचनाओं के साथ प्रदर्शित किया, जो दोनों ही प्रभाव प्रदर्शित करती हैं।
टीम ने प्रसार की भौतिक प्रक्रियाओं को समझाने के लिए एक व्यापक गणितीय मॉडल भी विकसित किया जो उनके परिणामों को रेखांकित करता है। उल्लेखनीय रूप से, यह मॉडल उन समीकरणों के समान है जो ठोस पदार्थों के माध्यम से गर्मी के परिवहन की व्याख्या करते हैं। इस क्रॉसओवर के कारण, शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि उनकी नई तकनीक का प्रकाश से परे व्यापक उपयोग हो सकता है।
यूनिवर्सिटी के स्कूल ऑफ फिजिक्स एंड एस्ट्रोनॉमी के प्रोफेसर फेसियो ने कहा: “यह उल्लेखनीय है कि ऑप्टिक्स जैसे अच्छी तरह से स्थापित क्षेत्रों में भी, मौलिक नई खोजों के लिए हमेशा जगह होती है। जब हमने बादलों के बारे में सोचना शुरू किया, तो हम जरूरी नहीं कि खोज की उम्मीद कर रहे हों।” वेवगाइडिंग की एक पूरी तरह से नई विधि, लेकिन हमारे प्रयोगों ने हमें यहीं तक पहुंचाया है।
“हम अभी भी प्रकाश के बारे में नई तरकीबें सीख रहे हैं, इस मामले में एक ऐसी प्रक्रिया से जिसे जानकर हम आश्चर्यचकित थे कि प्रकाश की तुलना में गर्मी जिस तरह से यात्रा करती है, उसकी हमारी समझ में अधिक समानता है।
“इसका मतलब है कि हम प्रकाश का उपयोग करके अपारदर्शी जैविक ऊतकों के अंदर देखने के नए तरीके खोजने के लिए इस तकनीक का उपयोग करने की उम्मीद कर सकते हैं, लेकिन यह भी कि हम इसे केवल फोटॉन से अधिक मार्गदर्शन करने के लिए लागू कर सकते हैं। हम उन प्रणालियों के माध्यम से गर्मी ले जाने के नए तरीके बना सकते हैं जिनकी आवश्यकता है डेटा सेंटर कंप्यूटर की तरह ठंडा किया जाना, या न्यूट्रॉन जैसे कणों का परिवहन करना, जो उदाहरण के लिए, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए नए अनुप्रयोग खोल सकता है।”
एक्सट्रीम लाइट रिसर्च ग्रुप के सदस्य और पेपर के मुख्य लेखक डॉ. केविन मिशेल ने कहा: “इस पेपर की ताकत उस व्यापक दृष्टिकोण से आती है जो हमने प्रकाश का मार्गदर्शन करने के लिए एक पूरी तरह से नए दृष्टिकोण की संभावना तलाशने के लिए अपनाया था। हमने शुरुआत की थी एक महत्वपूर्ण प्रश्न, इसे प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित किया, फिर इसे वास्तविक कठोरता के साथ गणितीय रूप से सिद्ध किया। अब जब हमने एक मजबूत व्यावहारिक और सैद्धांतिक आधार तैयार कर लिया है, तो हम यह पता लगाना जारी रखेंगे कि हम भविष्य में इसका उपयोग करने के नए तरीके कैसे खोज सकते हैं।
एरिज़ोना विश्वविद्यालय के प्रोफेसर इवान राइट ने भी शोध में योगदान दिया। टीम का पेपर, जिसका शीर्षक 'डिफ्यूसिव वेवगाइड्स में ऊर्जा परिवहन' है, प्रकाशित हुआ है प्रकृति भौतिकी.
