কঠিন অবস্থার পদার্থবিজ্ঞানে কেলাসের পরমাণুগুলোর পর্যায়বৃত্ত বিন্যাসের কারণে ইলেকট্রনের জন্য এনার্জি ব্যান্ডগ্যাপ তৈরি হয়, যা আধুনিক সেমিকন্ডাক্টরের ভিত্তি। ১৯৮৭ সালে বিজ্ঞানীরা উপলব্ধি করেন যে, যদি কোনো মাধ্যমে আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্যের মাপকাঠিতে প্রতিসরাঙ্ককে পর্যায়বৃত্তভাবে বিন্যস্ত করা যায়, তবে আলোর তরঙ্গের মধ্যে এমন ধ্বংসাত্মক ব্যতিচার তৈরি হবে যা একটি নির্দিষ্ট কম্পাঙ্কের আলোকে কোনো দিকেই অগ্রসর হতে দেবে না। একে বলা হয় ফোটোনিক ব্যান্ডগ্যাপ (Photonic Bandgap বা PBG)।

১. ব্লখ-ফ্লোকে তত্ত্ব ও ফোটোনিক ব্যান্ড কাঠামো

ম্যাক্সওয়েল সমীকরণকে পর্যায়বৃত্ত মাধ্যমের জন্য সমাধান করলে পাওয়া যায় ব্লখ তরঙ্গ সমীকরণ:

[
mathbf{H}_{mathbf{k}}(mathbf{r}) = e^{i mathbf{k} cdot mathbf{r}} mathbf{u}_{mathbf{k}}(mathbf{r})
]

যখন মাধ্যমের প্রতিসরাঙ্কের বৈসাদৃশ্য পর্যাপ্ত পরিমাণে বেশি হয়, তখন ফোটোনিক ব্যান্ড কাঠামোর ভেতরে একটি ফাঁকা অঞ্চল তৈরি হয় যেখানে কোনো ফোটনের অস্তিত্ব থাকা সম্ভব নয়। এর ফলে আলো কোনো অবস্থাতেই সেই ক্রিস্টালের মধ্য দিয়ে যেতে পারে না এবং ১০০% প্রতিফলিত হয়।

২. ন্যানোক্যাভিটি ও ফোটোনিক সার্কিট

একটি নিখুঁত ফোটোনিক ক্রিস্টালের মাঝখান থেকে যদি একটিমাত্র ছিদ্র মুছে ফেলা হয়, তবে সেখানে একটি অপটিক্যাল ট্র্যাপ বা ন্যানোক্যাভিটি তৈরি হয়। আলো এই ক্ষুদ্রাতিক্ষুদ্র বিন্দু থেকে বের হতে না পেরে লক্ষ লক্ষ বার প্রতিফলিত হয়, যার ফলে অতি-উচ্চ কোয়ালিটি ফ্যাক্টর ((Q > ১০^৬)) অর্জিত হয়। একইভাবে একটি সম্পূর্ণ সারি মুছে দিলে তৈরি হয় এমন অপটিক্যাল ওয়েভগাইড যা আলোকে ৯০ ডিগ্রি বাঁক পার করালেও এক ফোঁটা আলোও নষ্ট হয় না।

৩. স্লো-লাইট ও আলোর গতি সংকোচন

ব্যান্ডগ্যাপের কিনারায় আলোর বিস্তার রেখা অনুভূমিক হয়ে যায় ((partial omega / partial k o 0))। এর ফলে আলোর গ্রুপ বেগ নাটকীয়ভাবে হ্রাস পেয়ে প্রতি সেকেন্ডে মাত্র কয়েক মিটারে নেমে আসে! এই স্লো-লাইট (Slow Light) অবস্থায় আলোর শক্তি প্রচণ্ডভাবে ঘনীভূত হয়, যার ফলে অত্যন্ত কম লেজার শক্তিতেও অতি-দ্রুত অপটিক্যাল সুইচিং এবং অন-চিপ কোয়ান্টাম স্মৃতি সংরক্ষণ করা সম্ভব হয়।

শাকিল মাহমুদ সজল

শাকিল মাহমুদ সজল

সফটওয়্যার প্রকৌশলী ও লেখক, ঢাকা, বাংলাদেশ। কম্পিউটার বিজ্ঞান, পদার্থবিজ্ঞান, ইতিহাস ও ভাবনার সমন্বয়ে ব্যক্তিগত নোট ও প্রবন্ধ সংকলন।