सिंगल फोटॉन एवलांच डायोड या संक्षेप में SPAD नामक उपकरण शोधकर्ताओं और वैज्ञानिकों को अपना काम करने की अनुमति देता है। ये, अन्य चीजों के अलावा, उच्च परिशुद्धता के साथ प्रकाश की अत्यंत छोटी मात्रा का पता लगा सकते हैं। इसलिए इस लेख में, हम SPADs यानी सिंगल फोटॉन एवलांच डायोड के बारे में जानेंगे कि वे क्या हैं, वे क्यों मायने रखते हैं और कहाँ या कौन से क्षेत्र उनका उपयोग करते हैं। लेकिन ऐसा करने से पहले, आइए प्रकाश का पता लगाने की दिलचस्प दुनिया का पता लगाते हैं!
SPAD में S का मतलब सिंगल फोटॉन एवलांच डायोड है, जो प्रकाश को मापने के लिए इस्तेमाल किए जाने वाले एक विशिष्ट उपकरण का नाम है। यह ऊर्जा एक फोटॉन (प्रकाश का एक छोटा सा टुकड़ा) से एक विद्युत संकेत में परिवर्तित होती है जिसे हम फिर पढ़ सकते हैं। SPADs सामान्य प्रकाश डिटेक्टरों से अलग हैं; वे एक एकल फोटॉन का पता लगा सकते हैं! इसका मतलब यह भी है कि वे अविश्वसनीय रूप से संवेदनशील हैं और ऐसे स्तरों पर प्रकाश का पता लगाने में सक्षम हैं जिन्हें अन्य डिवाइस अनदेखा कर देंगे।
SPAD कैसे काम करते हैं, यह समझने के लिए हमें हिमस्खलन प्रभाव नामक घटना को देखना होगा। हर बार जब एक भी फोटॉन डायोड से टकराता है, तो यह एक छोटा विद्युत पल्स उत्पन्न करता है। वह छोटा सा संकेत तब संकेतों के बहुत बड़े "हिमस्खलन" का कारण बन सकता है, ताकि हम प्रकाश को बेहतर ढंग से देख और माप सकें। यह अनूठी प्रक्रिया SPAD को अत्यधिक सटीकता के साथ अलग-अलग प्रकाश बिट्स का पता लगाने देती है, जिससे वैज्ञानिकों और अन्य लोगों को शोध के लिए एक अविश्वसनीय रूप से शक्तिशाली उपकरण मिलता है।
यह अभी भी प्रकाश का उपयोग करता है, लेकिन बहुत चालाक और अत्यधिक परिष्कृत तरीके से - क्वांटम क्रिप्टोग्राफी। यहाँ, SPADs बहुत महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे गुप्त जानकारी के इस बहुत हल्के हिस्से को समझ सकते हैं। जबकि आप यहाँ अपने विचारों में यह सोचेंगे कि गैर-सार्वजनिक रूप से संदेश भेजना सबसे अच्छा है। यदि कोई व्यक्ति इस जानकारी को गुप्त रूप से देखने का प्रयास करता है, तो प्रकाश असामान्य तरीके से बदल जाएगा, जिससे केवल SPADs ही इसका पता लगा सकते हैं। यह एक सुरक्षा उपाय है जो किसी भी व्यक्ति को इस तरह से जानकारी चुराने से रोकता है। और यही कारण है कि SPADs उन सबसे महत्वपूर्ण डेटा की सुरक्षा के लिए बहुत आवश्यक हैं।
इस बात को ध्यान में रखते हुए, SPADs हमें कम रोशनी में भी जल्दी से तस्वीर खींचने में सक्षम बना सकते हैं, जो विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए अविश्वसनीय रूप से महत्वपूर्ण हो सकता है। अलग-अलग प्रकाश कणों को देखने में सक्षम होने के कारण वे फोटोग्राफी के लिए संभावित रूप से परिवर्तनकारी भी बन गए हैं, जिसका प्रभाव इस बात पर पड़ सकता है कि हम दुनिया को कैसे देखते हैं और रिकॉर्ड करते हैं। उदाहरण के लिए, अंतरिक्ष विज्ञान के क्षेत्र में जहाँ SPADs का उपयोग दूर के फीके तारों की छवि बनाने के लिए किया जा सकता है। उनमें स्वास्थ्य सेवा में छोटी कोशिकाओं या ट्यूमर को खोजने की क्षमता है, जो शुरुआती पहचान की सुविधा प्रदान करता है। यह पहले से कहीं अधिक तेज़ी से तेज, कम रोशनी वाली छवियों को कैप्चर करके अनुसंधान और सक्षम प्रौद्योगिकियों को सक्षम कर सकता है।
बायोफोटोनिक्स… बायो में द्वि/प्रकाश दोलन… प्रकाश का उपयोग करके जीवित चीजों का अध्ययन। बायोफोटोनिक्स एक अच्छी तरह से स्थापित विधि का उपयोग करता है जिसे फ्लोरोसेंस माइक्रोस्कोपी के रूप में जाना जाता है। यह विधि कोशिकाओं के कुछ बिंदुओं को रोशन करती है ताकि वैज्ञानिक उन्हें बेहतर तरीके से देख सकें। इसके अलावा, इस तरह के काम के लिए SPAD आदर्श हैं क्योंकि वे अन्य अवांछित पृष्ठभूमि प्रकाश के खिलाफ भेदभाव कर सकते हैं। यूसी सैन डिएगो के शोधकर्ताओं ने विश्लेषण के लिए कच्चे छवि डेटा को वीडियो में वापस लाने के लिए सी-फ्लो विकसित किया - एक ऐसी प्रक्रिया जिसमें शोर जैसी किसी भी चीज़ को फ़िल्टर करना शामिल है। उदाहरण के लिए, फ्लोरोसेंस माइक्रोस्कोपी में SPAD वैज्ञानिकों को यह समझने में सक्षम बनाता है कि कोशिकाएँ कैसे काम करती हैं और अपने पर्यावरण के साथ कैसे बातचीत करती हैं।
जब आप इस बात पर विचार करते हैं कि - दृश्य प्रकाश सभी विभिन्न प्रकार के विद्युत चुम्बकीय विकिरणों का केवल एक बहुत छोटा सा अंश है, और इस असुविधाजनक रूप से संकीर्ण सीमा ("दृश्यमान स्पेक्ट्रम") के भीतर भी हम जो देख सकते हैं उसकी सीमाएं हैं क्योंकि हमारी आंखों में विशेष अणु होते हैं जो फोटॉनों का पता लगाते हैं लेकिन समय के साथ उन फोटोडिटेक्टरों का विकास हुआ है जो मुख्य रूप से या विशेष रूप से कुछ रंगों के प्रति संवेदनशील होते हैं।
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