नासा के इंजीनियरों ने चंद्र जल को खोजने के लिए छोटे, उच्च शक्ति वाले लेजर विकसित किए

गोडार्ड की तकनीक के साथ चंद्रमा पर पानी खोजना आसान हो सकता है, जो मौजूदा लेजर तकनीक में अंतर को भरने के लिए उच्च शक्ति वाले टेराहर्ट्ज लेजर उत्पन्न करने के लिए क्वांटम टनलिंग नामक प्रभाव का उपयोग करता है।

यह छोटा लेजर स्पेक्ट्रम के कुछ हिस्सों में उच्च शक्ति वाले बीम का उत्पादन करने के लिए केवल कुछ दसियों परमाणुओं की सामग्री में क्वांटम-स्केल प्रभाव का लाभ उठाता है जहां पारंपरिक लेजर ने तीव्रता कम कर दी है। श्रेय: NASA/माइकल गिउंटो

पानी और अन्य संसाधनों का पता लगाना नासा के लिए एक प्राथमिकता है, और यह पृथ्वी के प्राकृतिक उपग्रहों और अन्य एक्स्ट्रासोलर वस्तुओं की खोज में महत्वपूर्ण है। पिछले प्रयोगों ने अनुमान लगाया है कि पूरे चंद्रमा में थोड़ी मात्रा में पानी मौजूद है। हालाँकि, अधिकांश तकनीकें पानी, मुक्त हाइड्रोजन आयनों और हाइड्रॉक्सिल के बीच अंतर नहीं करती हैं, क्योंकि उपयोग किए जाने वाले ब्रॉडबैंड डिटेक्टर विभिन्न वाष्पशील के बीच अंतर नहीं कर सकते हैं।

गोडार्ड इंजीनियर डॉ. बरहानु बुर्चा ने कहा कि हेटरोडाइन स्पेक्ट्रोमीटर नामक एक प्रकार के उपकरण का उपयोग करने से यह चंद्रमा पर जल स्रोतों को स्पष्ट रूप से पहचानने और उनका पता लगाने के लिए विशिष्ट आवृत्तियों पर ज़ूम इन करने की अनुमति देगा। इसके लिए नासा के स्मॉल बिजनेस इनोवेशन रिसर्च (SBIR) के माध्यम से लॉन्गवेव फोटोनिक्स के सहयोग से प्रोटोटाइप, एक स्थिर, उच्च-शक्ति वाले टेराहर्ट्ज लेजर की आवश्यकता होती है। कार्यक्रम.

“यह लेजर इस आवृत्ति स्पेक्ट्रम के अध्ययन के लिए नई खिड़कियां खोलता है,” उन्होंने कहा। “अन्य मिशनों ने चंद्रमा पर हाइड्रेट पाया है, जो हाइड्रॉक्सिल या पानी का संकेत दे सकता है। यदि यह पानी है, तो यह कहां से आया है? यह चंद्रमा के निर्माण में निहित है। या यह बाद में एक हास्य प्रभाव से आया था? कितना पानी है वहाँ?इन सवालों के जवाब दें क्योंकि पानी जीवित रहने के लिए आवश्यक है और आगे की खोज के लिए ईंधन बनाने के लिए इसका इस्तेमाल किया जा सकता है।”

जैसा कि नाम से पता चलता है, एक स्पेक्ट्रोमीटर प्रकाश के स्पेक्ट्रम या तरंग दैर्ध्य का पता लगाता है ताकि वह जिस सामग्री को छूता है उसके रासायनिक गुणों को प्रकट कर सके। अधिकांश स्पेक्ट्रोमीटर स्पेक्ट्रम के एक व्यापक खंड पर काम करते हैं। हेटेरोडाइन उपकरण बहुत विशिष्ट ऑप्टिकल आवृत्तियों जैसे कि इन्फ्रारेड या टेराहर्ट्ज में डायल करते हैं। पानी जैसे हाइड्रोजन युक्त यौगिक माइक्रोवेव और इन्फ्रारेड के बीच टेराहर्ट्ज आवृत्ति रेंज (2 ट्रिलियन से 10 ट्रिलियन चक्र प्रति सेकेंड) में फोटॉन उत्सर्जित करते हैं।

टेराहर्ट्ज जैसी बैंडविड्थ के भीतर सूक्ष्मदर्शी सूक्ष्मदर्शी की तरह, हेटेरोडाइन स्पेक्ट्रोमीटर स्थानीय लेजर स्रोत और घटना प्रकाश को मिलाएं। एक लेजर स्रोत के साथ संयोजन में तरंग दैर्ध्य में अंतर को मापने से वर्णक्रमीय उप-बैंडविड्थ के बीच सटीक रीडिंग मिलती है।

पारंपरिक लेज़र परमाणुओं के बाहरी आवरण में रोमांचक इलेक्ट्रॉनों द्वारा प्रकाश उत्पन्न करते हैं, एकल फोटॉन का उत्सर्जन करते हैं या ऊर्जा के स्तर पर वापस लौटते हैं क्योंकि परमाणु संक्रमण से गुजरते हैं। एक इलेक्ट्रॉन को उत्तेजित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा के आधार पर विभिन्न परमाणु प्रकाश की विभिन्न आवृत्तियों का उत्पादन करते हैं। हालांकि, अवरक्त और माइक्रोवेव के बीच स्पेक्ट्रम के एक निश्चित हिस्से में लेजर कम पड़ जाते हैं जिसे टेराहर्ट्ज गैप के रूप में जाना जाता है।

“मौजूदा लेज़र तकनीक के साथ समस्या यह है कि टेराहर्ट्ज़ तरंगें उत्पन्न करने के लिए सही गुणों वाली कोई सामग्री नहीं है,” डॉ बुलचा ने कहा।

इलेक्ट्रोमैग्नेटिक ऑसिलेटर्स, जैसे कि रेडियो या माइक्रोवेव फ़्रीक्वेंसी उत्पन्न करने वाले, टेराहर्ट्ज़ रेंज में सिग्नल का विस्तार करने के लिए एम्पलीफायरों और फ़्रीक्वेंसी मल्टीप्लायरों की एक श्रृंखला का उपयोग करते हैं, जिससे कम-शक्ति वाले टेराहर्ट्ज़ दालों का उत्पादन होता है। हालाँकि, इस प्रक्रिया में बहुत अधिक वोल्टेज की खपत होती है और दालों को बढ़ाने और बढ़ाने के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री सीमित दक्षता की होती है। इसका मतलब है कि जैसे ही आप टेराहर्ट्ज आवृत्तियों के करीब पहुंचते हैं, बिजली खो जाती है।

टेराहर्ट्ज गैप के दूसरी तरफ से, एक ऑप्टिकल लेजर गैस में ऊर्जा पंप करता है, जिससे फोटॉन का उत्पादन होता है। हालांकि, हाई-पावर टेराहर्ट्ज-बैंड लेजर बड़े और बिजली के भूखे होते हैं, जिससे वे अंतरिक्ष अन्वेषण उद्देश्यों, विशेष रूप से हाथ में या छोटे उपग्रह अनुप्रयोगों के लिए अनुपयुक्त हो जाते हैं, जहां द्रव्यमान और शक्ति सीमित होती है। जैसे ऑप्टिकल लेजर टेराहर्ट्ज बैंडविड्थ की ओर बढ़ता है, वैसे ही दालों की शक्ति भी होती है।

उस अंतर को भरने के लिए, डॉ. बुल्चा की टीम ने प्रत्येक इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण घटना से फोटॉन उत्पन्न करने के लिए केवल कुछ परमाणुओं की मोटाई वाली सामग्री के कुछ अद्वितीय क्वांटम-स्केल भौतिकी का उपयोग किया। क्वांटम कैस्केड लेजर विकसित करना।

इन सामग्रियों में, लेजर सामग्री के भीतर तत्वों के बजाय अर्धचालक की वैकल्पिक परतों की मोटाई द्वारा निर्धारित विशिष्ट आवृत्तियों पर फोटॉन उत्सर्जित करता है। क्वांटम भौतिकी में, पतली परतें इस बात की अधिक संभावना बनाती हैं कि फोटॉन बाधा को बंद किए बिना अगली परत तक सुरंग बना सकते हैं। एक बार वहां, अतिरिक्त फोटॉन उत्साहित होते हैं। टीम का प्रकाश स्रोत एक जनरेटर सामग्री का उपयोग करता है जिसकी कुल मोटाई 80 से 100 परतों में 10 से 15 माइक्रोन से कम होती है ताकि टेराहर्ट्ज ऊर्जा फोटॉन का एक झरना तैयार किया जा सके।

यह कैस्केड स्थिर, उच्च-शक्ति वाले प्रकाश का उत्पादन करने के लिए कम वोल्टेज की खपत करता है। इस तकनीक की कमियों में से एक यह है कि इसकी किरण बड़े कोणों पर फैलती है और कम दूरी पर जल्दी से फैल जाती है। गोडार्ड के आंतरिक अनुसंधान और विकास (आईआरएडी) वित्त पोषण द्वारा समर्थित नवीन प्रौद्योगिकी का उपयोग करते हुए, डॉ बुलचा और उनकी टीम ने बीम को कसने के लिए एक पतली ऑप्टिकल एंटीना के साथ एक वेवगाइड में एक लेजर को एकीकृत किया। । एक एकीकृत लेजर और वेवगाइड इकाई पैकेज के एक चौथाई से भी कम समय में इस नुकसान को 50% तक कम कर देती है।

वह नासा के आर्टेमिस कार्यक्रम के लिए एक उड़ने योग्य लेजर के निर्माण पर काम जारी रखना चाहते हैं।

लेज़र का छोटा आकार और कम बिजली की खपत इसे स्पेक्ट्रोमीटर हार्डवेयर, प्रोसेसर और बिजली की आपूर्ति के साथ, 1U क्यूबसैट में एक चायदानी के आकार में फिट करने की अनुमति देती है। यह भविष्य के खोजकर्ताओं द्वारा चंद्रमा, मंगल, और बहुत कुछ के लिए उपयोग किए जाने वाले हैंडहेल्ड उपकरणों को भी शक्ति प्रदान कर सकता है।

चटनी: नासा