Optical vortex
একটি আলোকীয় ভোর্টেক্স (যা ফোটোনিক কোয়ান্টাম ভোর্টেক্স, স্ক্রু ডিসলোকেশন বা ফেজ সিঙ্গুলারিটি নামেও পরিচিত) একটি আলোকীয় ক্ষেত্রের একটি শূন্য; শূন্য তীব্রতার একটি বিন্দু। এই শব্দটি এমন একটি আলোর মরীচি বর্ণনা করতেও ব্যবহৃত হয় যার মধ্যে এমন একটি শূন্য থাকে। এই ঘটনাগুলির অধ্যয়নকে সিঙ্গুলার অপটিক্স বলা হয়। ব্যাখ্যা একটি আলোকীয় ভোর্টেক্সে, আলো তার ভ্রমণ অক্ষের চারপাশে কর্কস্ক্রুর মতো বাঁকানো থাকে। মোচড়ের কারণে, অক্ষের আলোর তরঙ্গগুলি একে অপরকে বাতিল করে দেয়। একটি সমতল পৃষ্ঠের উপর অভিক্ষিপ্ত হলে, একটি আলোকীয় ভোর্টেক্সকে আলোর বলয়ের মতো দেখায়, যার কেন্দ্রে একটি অন্ধকার গর্ত থাকে। ভোর্টেক্সকে একটি সংখ্যা দেওয়া হয়, যাকে টপোলজিকাল চার্জ বলা হয়, যা একটি তরঙ্গদৈর্ঘ্যে আলো কতটি মোচড় দেয় তার উপর নির্ভর করে। সংখ্যাটি সর্বদা একটি পূর্ণসংখ্যা, এবং মোড়ের দিকের উপর নির্ভর করে ধনাত্মক বা ঋণাত্মক হতে পারে। বাঁকের সংখ্যা যত বেশি হবে, আলো তত দ্রুত অক্ষের চারপাশে ঘুরবে। এই ঘূর্ণন তরঙ্গ ট্রেনের সাথে কক্ষীয় কৌণিক গতিবেগ বহন করে এবং একটি বৈদ্যুতিক দ্বিমেরুতে টর্ক প্ররোচিত করবে। অরবিটাল কৌণিক ভরবেগ আরও সাধারণভাবে সম্মুখীন স্পিন কৌণিক ভরবেগ থেকে পৃথক, যা বৃত্তাকার মেরুকরণ তৈরি করে। আটকে থাকা কণাগুলির কক্ষপথের গতিতে আলোর কক্ষীয় কৌণিক ভরবেগ পর্যবেক্ষণ করা যেতে পারে। আলোর সমতল তরঙ্গের সাথে একটি আলোকীয় ভোর্টেক্সকে হস্তক্ষেপ করা সর্পিল পর্যায়টিকে ঘনীভূত সর্পিল হিসাবে প্রকাশ করে। সর্পিলের বাহুর সংখ্যা টপোলজিকাল চার্জের সমান। পরীক্ষাগারে অপটিক্যাল ভোর্টিসগুলি বিভিন্ন উপায়ে তৈরি করে অধ্যয়ন করা হয়। এগুলি সরাসরি একটি লেজারে তৈরি করা যেতে পারে, অথবা কম্পিউটার-জেনারেটেড হলোগ্রাম, সর্পিল-ফেজ বিলম্ব কাঠামো, বা উপকরণগুলিতে বাইরফ্রিনজেন্ট ভোর্টিসের মতো বিভিন্ন পদ্ধতির যে কোনও একটি ব্যবহার করে একটি লেজার রশ্মি ভোর্টেক্স-এ বাঁকানো যেতে পারে। একটি আলোকীয় এককত্ব হল একটি আলোকীয় ক্ষেত্রের শূন্য। ক্ষেত্রের পর্যায়টি শূন্য তীব্রতার এই বিন্দুগুলির চারপাশে প্রবাহিত হয় (ভোর্টেক্স নামের জন্ম দেয়)। ভোর্টিসগুলি 2ডি ক্ষেত্রের বিন্দু এবং 3ডি ক্ষেত্রের রেখা (কারণ তাদের কোডিমেনশন 2 রয়েছে)। একটি ভোর্টেক্সকে ঘিরে একটি পথের চারপাশে ক্ষেত্রের পর্যায়কে একত্রিত করলে 2-এর একটি পূর্ণসংখ্যা গুণিতক পাওয়া যায়। এই পূর্ণসংখ্যাটি ভোর্টেক্সের টপোলজিকাল চার্জ বা শক্তি হিসাবে পরিচিত। একটি হাইপারজিওমেট্রিক-গাউসিয়ান মোডের (হাইজিজি) কেন্দ্রে একটি আলোকীয় ভোর্টেক্স থাকে। বিম, যার রূপটি প্যারাক্সিয়াল তরঙ্গ সমীকরণের একটি সমাধান (প্যারাক্সিয়াল আনুমানিক এবং প্রকৃত সমীকরণের জন্য ফুরিয়ার অপটিক্স নিবন্ধ দেখুন) যা বেসেল ফাংশন নিয়ে গঠিত। একটি হাইপারজিওমেট্রিক-গাউসিয়ান রশ্মির ফোটনগুলির একটি কক্ষীয় কৌণিক ভরবেগ থাকে। পূর্ণসংখ্যা m রশ্মির কেন্দ্রে ভোর্টেক্সের শক্তিও দেয়। বৃত্তাকার মেরুকৃত আলোর ঘূর্ণন কৌণিক ভরবেগকে কক্ষীয় কৌণিক ভরবেগে রূপান্তরিত করা যেতে পারে। একটি সর্পিল ফেজ প্লেট, কম্পিউটার-জেনারেটেড হলোগ্রাম, মোড রূপান্তর, একটি কিউ-প্লেট বা একটি স্থানিক আলোর মড্যুলেটর সহ হাইপারজিওমেট্রিক-গাউসিয়ান মোড তৈরি করার জন্য বেশ কয়েকটি পদ্ধতি রয়েছে। স্ট্যাটিক সর্পিল ফেজ প্লেট (গুলি) বা আয়না (গুলি) স্ফটিক বা প্লাস্টিকের সর্পিল আকৃতির টুকরো যা বিশেষভাবে পছন্দসই টপোলজিকাল চার্জ এবং আপতিত তরঙ্গদৈর্ঘ্যের জন্য ইঞ্জিনিয়ার করা হয়। এগুলি কার্যকরী হলেও ব্যয়বহুল। প্লাস্টিকের একটি ফাটলযুক্ত টুকরোর দুই পাশের মধ্যে একটি পাঁজর সরিয়ে সামঞ্জস্যযোগ্য সর্পিল পর্যায়ের প্লেট তৈরি করা যেতে পারে। অফ-অ্যাক্সিস সর্পিল পর্যায়ের আয়নাগুলি উচ্চ-শক্তি এবং অতি-সংক্ষিপ্ত লেজারগুলিকে মোড রূপান্তর করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। কম্পিউটার-জেনারেটেড হলোগ্রাম (সিজিএইচ) হল সমতল তরঙ্গ এবং ল্যাগুয়েরে-গাউসিয়ান রশ্মির মধ্যে গণনা করা ইন্টারফেরোগ্রাম যা ফিল্মে স্থানান্তরিত হয়। সিজিএইচ একটি সাধারণ রঞ্চি রৈখিক বিচ্ছুরণ গ্র্যাটিংয়ের অনুরূপ, একটি "কাঁটাচামচ" স্থানচ্যুতি সংরক্ষণ করে। একটি আপতিত লেজার রশ্মি ভোর্টিসের সাথে একটি বিচ্ছুরণ প্যাটার্ন তৈরি করে যার টপোলজিকাল চার্জ বিচ্ছুরণ ক্রমের সাথে বৃদ্ধি পায়। শূন্য ক্রমটি গাউসিয়ান, এবং এই অবিচ্ছিন্ন রশ্মির উভয় পাশে ভোর্টিসগুলির বিপরীত হেলিসিটি রয়েছে। সিজিএইচ কাঁটাতে প্রং-এর সংখ্যা সরাসরি প্রথম বিচ্ছুরণ ক্রম ভোর্টেক্সের টপোলজিকাল চার্জের সাথে সম্পর্কিত। প্রথম ক্রমে আরও তীব্রতা নির্দেশ করতে সিজিএইচ জ্বলতে পারে। ব্লিচিং এটিকে তীব্রতার গ্র্যাটিং থেকে ফেজ গ্র্যাটিং-এ রূপান্তরিত করে, যা দক্ষতা বাড়ায়। মোড রূপান্তরের জন্য হারমাইট-গাউসিয়ান (এইচজি) মোড প্রয়োজন, যা সহজেই লেজার গহ্বরের ভিতরে বা কম নির্ভুল উপায়ে বাহ্যিকভাবে তৈরি করা যেতে পারে। একজোড়া অ্যাস্টিগম্যাটিক লেন্স একটি গৌয় ফেজ শিফট প্রবর্তন করে যা ইনপুট এইচজি-র উপর নির্ভরশীল আজিমুথাল এবং রেডিয়াল সূচক সহ একটি এলজি রশ্মি তৈরি করে। একটি স্থানিক আলো মড্যুলেটর হল একটি কম্পিউটার-নিয়ন্ত্রিত বৈদ্যুতিন তরল-স্ফটিক যন্ত্র যা বিভিন্ন প্রতিসরাঙ্কের হলোগ্রাম তৈরি করে গতিশীল ভোর্টিস, ভোর্টিসের অ্যারে এবং অন্যান্য ধরনের রশ্মি তৈরি করতে পারে। এই হলোগ্রামটি একটি কাঁটাচামচ প্যাটার্ন, একটি সর্পিল ফেজ প্লেট বা অ-শূন্য টপোলজিকাল চার্জ সহ কিছু অনুরূপ প্যাটার্ন হতে পারে। খণ্ডগুলির তৈরি বিকৃত আয়নাটি গতিশীলভাবে (কয়েকটি কিলোহার্জ পর্যন্ত হারে) ভোর্টিস তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে, এমনকি উচ্চ শক্তির লেজার দ্বারা আলোকিত হলেও। একটি কিউ-প্লেট হল একটি বাইরফ্রিনজেন্ট তরল স্ফটিক প্লেট যার স্থানীয় আলোকীয় অক্ষের একটি আজিমুথাল বিতরণ রয়েছে, যার কেন্দ্রের ত্রুটিতে একটি টপোলজিকাল চার্জ q রয়েছে। টপোলজিক্যাল চার্জ q সহ q-প্লেট ইনপুট বিম মেরুকরণের উপর ভিত্তি করে একটি চার্জ ভোর্টেক্স তৈরি করতে পারে। একটি এস-প্লেট একটি কিউ-প্লেটের অনুরূপ প্রযুক্তি, যা একটি উচ্চ-তীব্রতার ইউভি লেজার ব্যবহার করে সিলিকা গ্লাসে একটি বাইরফ্রিনজেন্ট প্যাটার্ন স্থায়ীভাবে খোদাই করে যার সাথে এস এর টপোলজিকাল চার্জ সহ দ্রুত অক্ষের একটি আজিমুথাল বৈচিত্র্য রয়েছে। একটি কিউ-প্লেটের বিপরীতে, যা তরল স্ফটিকের বায়াস ভোল্টেজ সামঞ্জস্য করে তরঙ্গদৈর্ঘ্য সুর করা যেতে পারে, একটি এস-প্লেট শুধুমাত্র একটি তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলোর জন্য কাজ করে। বেতার কম্পাঙ্কগুলিতে একটি (অ-আলোকীয়) তড়িৎচুম্বকীয় ভোর্টেক্স তৈরি করা তুচ্ছ। কেবল অ্যান্টেনার একটি তরঙ্গদৈর্ঘ্য বা বৃহত্তর ব্যাসের বলয় এমনভাবে সাজান যাতে সম্প্রচারিত অ্যান্টেনার পর্যায় স্থানান্তর বলয়ের চারপাশে 2-এর অবিচ্ছেদ্য গুণিতক পরিবর্তিত হয়। ন্যানোফোটনিক মেটাসার্ফেসগুলি অপটিক্যাল ভোর্টিস তৈরি করতে ট্রান্সভার্স ফেজ মড্যুলেশন সক্ষম করতে পারে। ভোর্টেক্স রশ্মি মুক্ত স্থানে বা একটি সমন্বিত ফোটোনিক চিপে তৈরি করা যেতে পারে। একটি আলোকীয় ভোর্টেক্স, মৌলিকভাবে একটি পর্যায় কাঠামো হওয়ায়, শুধুমাত্র তার তীব্রতা প্রোফাইল থেকে সনাক্ত করা যায় না। উপরন্তু, যেহেতু একই ক্রমের ভোর্টেক্স বিমের মোটামুটি অভিন্ন তীব্রতার প্রোফাইল রয়েছে, সেগুলি কেবল তাদের তীব্রতার বিতরণ থেকে চিহ্নিত করা যায় না। ফলস্বরূপ, ইন্টারফেরোমেট্রিক কৌশলগুলির একটি বিস্তৃত পরিসর নিযুক্ত করা হয়। কৌশলগুলির মধ্যে সবচেয়ে সহজ হল একটি ভোর্টেক্স বিমকে একটি বাঁকানো সমতল তরঙ্গের সাথে হস্তক্ষেপ করা, যার ফলে একটি কাঁটার মতো ইন্টারফেরোগ্রাম হয়। প্যাটার্নে কাঁটার সংখ্যা এবং তাদের আপেক্ষিক অভিমুখ গণনা করে, ভোর্টেক্স ক্রম এবং এর সংশ্লিষ্ট চিহ্নটি সঠিকভাবে অনুমান করা যেতে পারে। একটি ভোর্টেক্স রশ্মি একটি হেলানো লেন্সের মধ্য দিয়ে যাওয়ার সময় তার চরিত্রগত লোব কাঠামোতে বিকৃত হতে পারে। এটি একটি ভোর্টেক্সের বিভিন্ন পর্যায় বিন্দুর মধ্যে স্ব-হস্তক্ষেপের ফলে ঘটে। ক্রমের একটি ভোর্টেক্স রশ্মি লোবে বিভক্ত হবে, মোটামুটিভাবে একটি হেলানো উত্তল লেন্সের ফোকাসের গভীরতার চারপাশে। উপরন্তু, লোবের অভিমুখীকরণ (ডান এবং বাম তির্যক) ধনাত্মক এবং ঋণাত্মক কক্ষীয় কৌণিক ভরবেগ ক্রম নির্ধারণ করে। একটি ভোর্টেক্স রশ্মি একটি লোব কাঠামো তৈরি করে যখন বিপরীত চিহ্নের ভোর্টেক্সের সাথে হস্তক্ষেপ করে। তবে এই কৌশলটি লক্ষণগুলি চিহ্নিত করার জন্য কোনও প্রক্রিয়া সরবরাহ করে না। এই কৌশলটি একটি ভোর্টেক্স প্রোফাইল দিয়ে পাম্প করা একটি ম্যাক-জেন্ডার ইন্টারফেরোমিটারের পথে একটি ডোভ প্রিজম স্থাপন করে ব্যবহার করা যেতে পারে। অ্যাপ্লিকেশন যোগাযোগ এবং ইমেজিংয়ের বিভিন্ন ক্ষেত্রে অপটিক্যাল ভার্টিসের বিস্তৃত বিভিন্ন অ্যাপ্লিকেশন রয়েছে। অতি-সৌর গ্রহগুলি সম্প্রতি সরাসরি সনাক্ত করা হয়েছে, কারণ তাদের মূল নক্ষত্রটি এত উজ্জ্বল। অন্যান্য কৌশলের সাথে পর্যবেক্ষণ করার মতো তাদের পিতামাতার সাথে খুব কম বৈসাদৃশ্য অনুপাত সহ গ্রহগুলিকে সরাসরি পর্যবেক্ষণ করার জন্য একটি অপটিক্যাল ভোর্টেক্স করোনগ্রাফ তৈরি করার ক্ষেত্রে অগ্রগতি হয়েছে। কোষের মতো মাইক্রোমিটার আকারের কণাগুলিকে পরিচালনা করতে অপটিক্যাল ভোর্টিসগুলি অপটিক্যাল চিমটিগুলিতে ব্যবহৃত হয়। এই ধরনের কণাগুলি ও. এ. এম ব্যবহার করে রশ্মির অক্ষের চারপাশে কক্ষপথে ঘোরানো যেতে পারে। অপটিক্যাল ভোর্টেক্স চিমটি ব্যবহার করে মাইক্রো-মোটরও তৈরি করা হয়েছে। অপটিক্যাল ভার্টিসগুলি যোগাযোগের ব্যান্ডউইথকে উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, বাঁকানো বেতার রশ্মি বিপুল সংখ্যক ভোর্টিকাল অবস্থা ব্যবহার করে বেতার বর্ণালী দক্ষতা বৃদ্ধি করতে পারে। ফেজ ফ্রন্ট 'টুইস্টিং'-এর পরিমাণ অরবিটাল অ্যাঙ্গুলার মোমেন্টাম স্টেট নম্বর নির্দেশ করে এবং বিভিন্ন অরবিটাল অ্যাঙ্গুলার মোমেন্টাম সহ বিমগুলি অর্থোগোনাল হয়। এই ধরনের অরবিটাল অ্যাঙ্গুলার মোমেন্টাম ভিত্তিক মাল্টিপ্লেক্সিং সম্ভাব্যভাবে সিস্টেমের ক্ষমতা এবং মিলিমিটার-ওয়েভ ওয়্যারলেস যোগাযোগের বর্ণালী দক্ষতা বৃদ্ধি করতে পারে। একইভাবে, অপটিক্যাল ডোমেনে অরবিটাল অ্যাঙ্গুলার মোমেন্টাম মাল্টিপ্লেক্সিংয়ের প্রাথমিক পরীক্ষামূলক ফলাফলগুলি স্বল্প দূরত্বে ফলাফল দেখিয়েছে, তবে দীর্ঘ দূরত্বের প্রদর্শন এখনও আসন্ন। এই প্রদর্শনগুলি যে প্রধান চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হয়েছে তা হল প্রচলিত অপটিক্যাল ফাইবারগুলি প্রসারিত হওয়ার সাথে সাথে ভোর্টিসের ঘূর্ণন কৌণিক ভরবেগকে পরিবর্তন করে এবং বাঁকানো বা চাপ দেওয়া হলে কক্ষীয় কৌণিক ভরবেগকে পরিবর্তন করতে পারে। এখনও পর্যন্ত বিশেষ অপটিক্যাল ফাইবারে 50 মিটার পর্যন্ত স্থিতিশীল বিস্তার প্রদর্শিত হয়েছে। 143 কিলোমিটার দূরত্বে আলোর কক্ষীয় কৌণিক ভরবেগ মোডের মুক্ত-স্থান সংক্রমণ ভাল মজবুততার সাথে তথ্যের এনকোডিং সমর্থন করতে সক্ষম বলে প্রদর্শিত হয়েছে। বর্তমান কম্পিউটারগুলি এমন ইলেকট্রনিক্স ব্যবহার করে যার দুটি অবস্থা রয়েছে, শূন্য এবং একটি। কোয়ান্টাম কম্পিউটিং তথ্য এনকোড এবং সঞ্চয় করতে আলো ব্যবহার করতে পারে। তাত্ত্বিকভাবে অপটিক্যাল ভোর্টিসের মুক্ত স্থানে অসীম সংখ্যক অবস্থা রয়েছে, কারণ টপোলজিকাল চার্জের কোনও সীমা নেই। এটি দ্রুত ডেটা ম্যানিপুলেশন করার অনুমতি দিতে পারে। উপরে আলোচিত উচ্চতর ব্যান্ডউইথ যোগাযোগের প্রতিশ্রুতির জন্য ক্রিপ্টোগ্রাফি সম্প্রদায় অপটিক্যাল ভার্টিসেও আগ্রহী। অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপি-তে, স্টিমুলেটেড এমিশন ডিপ্লিশন (এস. টি. ই. ডি) মাইক্রোস্কোপি নামে একটি কৌশল ব্যবহার করে স্বাভাবিক বিচ্ছুরণ সীমার বাইরে স্থানিক রেজোলিউশন অর্জনের জন্য অপটিক্যাল ভার্টিস ব্যবহার করা যেতে পারে। এই কৌশলটি কাঙ্ক্ষিত লক্ষ্য অঞ্চলে ফ্লুরোফোরগুলি হ্রাস না করে একটি উচ্চ-তীব্রতা অপটিক্যাল ভোর্টেক্স মরীচি দিয়ে একটি পছন্দসই অঞ্চলের চারপাশে ফ্লুরোফোরগুলিকে হ্রাস করার জন্য মরীচিটির কেন্দ্রে এককত্বের কম তীব্রতার সুবিধা নেয়। রৈখিক বা অরৈখিক মিথস্ক্রিয়া ব্যবস্থার উপর কোয়ান্টাম ভোর্টিসের গতিবিদ্যা অধ্যয়নের জন্য আলোকীয় ভোর্টিসগুলি সরাসরি (অনুরণিতভাবে) আলো এবং পদার্থের পোলারিটন তরলে স্থানান্তরিত হতে পারে। জড়ানো ফোটন জোড়াগুলির অ-স্থানীয় সম্পর্কগুলিতে আলোকীয় ভোর্টিসগুলি চিহ্নিত করা যেতে পারে। আরও দেখুন অরবিটাল অ্যাঙ্গুলার মোমেন্টাম অফ লাইট রেফারেন্স এক্সটার্নাল লিঙ্ক ভিডিও অফ প্রোপাগেশন সিমুলেশন অফ ভোর্টেক্স ডিফ্র্যাক্টিভ অপটিক্যাল এলিমেন্ট বাই হোলোর ফিল্ড টু ফার ফিল্ড অথবা অপটিক্যাল ভোর্টিসেস অ্যান্ড অপটিক্যাল টুইজারস অ্যাট দ্য ইউনিভার্সিটি অফ গ্লাসগো সিঙ্গুলার অপটিক্স মাস্টার লিস্ট বাই গ্রোভার সোয়ার্টজল্যান্ডার জুনিয়র, ইউনিভার্সিটি অফ অ্যারিজোনা, টাকসন অপটিক্যাল ভোর্টেক্স করোনোগ্রাফ, গ্রেগরি ফু, এট আল, ইউনিভার্সিটি অফ অ্যারিজোনা, টাকসন অপটিক্যাল টুইজারস, ডেভিড গ্রিয়ার, এনওয়াইইউ সিলেক্টেড পাবলিকেশনস অন অপটিক্যাল ভোর্টিস অ্যাট অস্ট্রেলিয়ান ন্যাশনাল ইউনিভার্সিটি ফিজিক্যাল অপটিক্স অরবিটাল অ্যাঙ্গুলার মোমেন্টাম অফ ওয়েভস ভোর্টিসেস