ফ্লুরোসেন্স রূপান্তরের মাধ্যমে ডিপ-ইউভি এলইডি নির্গমন প্যাটার্নের বৈশিষ্ট্যায়ন

সূচিপত্র

1. ভূমিকা

২২০-২৮০ ন্যানোমিটার পরিসরে কাজ করা এবং ১০০ মিলিওয়াট পরিসরের শক্তি উৎপাদনকারী AlGaN-ভিত্তিক ডিপ-আল্ট্রাভায়োলেট (ডিপ-ইউভি) লাইট-এমিটিং ডায়োড (এলইডি) এর সাম্প্রতিক অগ্রগতি জীবাণুমুক্তকরণ, পানি শোধন, গ্যাস সনাক্তকরণ এবং বিশেষভাবে, ফ্লুরোসেন্স মাইক্রোস্কোপিতে উত্তেজনার উৎস হিসেবে উল্লেখযোগ্য সম্ভাবনা উন্মোচন করেছে। তাদের কার্যকর প্রয়োগের জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ প্যারামিটার, বিশেষ করে মাইক্রোস্কোপিতে যেখানে আলোকিত সমরূপতা সর্বাধিক গুরুত্বপূর্ণ, তা হলো এলইডির নির্গমন প্যাটার্ন—এর বিকিরণ তীব্রতার কৌণিক বন্টন।

ডিপ-ইউভি এলইডির জন্য এই প্যাটার্নের বৈশিষ্ট্যায়ন একটি অনন্য চ্যালেঞ্জ উপস্থাপন করে: স্ট্যান্ডার্ড সিলিকন-ভিত্তিক সিএমওএস এবং সিসিডি ক্যামেরাগুলো গ্লাস বা পলিসিলিকন স্তর দ্বারা শোষণের কারণে ডিপ-ইউভি বর্ণালীতে কুখ্যাতভাবে কম সংবেদনশীলতা রাখে। যদিও বিশেষায়িত (এবং ব্যয়বহুল) ব্যাক-থিনড সিসিডি বিদ্যমান, এই গবেষণাটি একটি মার্জিত, সাশ্রয়ী বিকল্প উপস্থাপন করে: একটি ফ্লুরোসেন্স-ভিত্তিক রূপান্তর পদ্ধতি।

2. উপকরণ ও পদ্ধতি

মূল পরীক্ষামূলক সেটআপে একটি ২৮০ ন্যানোমিটার এলইডি (এলজি ইনোটেক LEUVA66H70HF00) জড়িত ছিল। উদ্ভাবনী এই পদ্ধতিটি সরাসরি ইউভি শনাক্তকরণ এড়িয়ে যায় একটি ফ্লুরোসেন্ট নমুনাকে আলোকিত করতে এলইডি ব্যবহার করে। নমুনাটি ২৮০ ন্যানোমিটার বিকিরণ শোষণ করে এবং একটি দীর্ঘতর, দৃশ্যমান তরঙ্গদৈর্ঘ্যে আলো পুনরায় নির্গত করে, যা তারপর সহজেই একটি স্ট্যান্ডার্ড সিএমওএস ক্যামেরা দ্বারা ধারণ করা হয়। ফ্লুরোসেন্ট চিত্র জুড়ে তীব্রতা বন্টন এলইডির ফার-ফিল্ড নির্গমন প্যাটার্নের একটি পরোক্ষ কিন্তু সঠিক পরিমাপ হিসেবে কাজ করে। এলইডিকে তার অক্ষের চারপাশে ঘুরিয়ে এবং সংশ্লিষ্ট ফ্লুরোসেন্স তীব্রতা রেকর্ড করে কৌণিক প্রোফাইল পাওয়া গেছে।

3. ফলাফল ও আলোচনা

প্রাথমিক ফলাফল ছিল যে পরীক্ষিত প্ল্যানার-প্যাকেজড ডিপ-ইউভি এলইডির নির্গমন প্যাটার্ন অসাধারণ নির্ভুলতা (৯৯.৬%) সহ একটি ল্যাম্বার্টিয়ান বন্টন অনুসরণ করেছে। ল্যাম্বার্টিয়ান মডেলটি এমন একটি পৃষ্ঠকে বর্ণনা করে যেখানে দর্শন কোণ নির্বিশেষে অনুভূত উজ্জ্বলতা একই থাকে, তীব্রতা পৃষ্ঠের স্বাভাবিক থেকে কোণের ($\theta$) কোসাইনের সমানুপাতিক। বাতাসে তীব্রতা নিম্নরূপ দেওয়া হয়:

$I = \frac{P_{LED}}{4\pi r^2} \frac{n_{air}^2}{n_{LED}^2} \cos(\theta)$

যেখানে $P_{LED}$ হল বিকিরণ শক্তি, $r$ হল দূরত্ব, এবং $n_{air}$ এবং $n_{LED}$ হল যথাক্রমে বাতাস এবং সেমিকন্ডাক্টরের প্রতিসরাঙ্ক।

গবেষণাটি সফলভাবে বিভিন্ন এলইডি প্যাকেজিং প্রকারের (যেমন, প্ল্যানার বনাম গোলার্ধীয়) মধ্যে পার্থক্য করার জন্য এই কৌশলের ক্ষমতা প্রদর্শন করেছে, যা বৈশিষ্ট্যগতভাবে ভিন্ন নির্গমন প্যাটার্ন (ল্যাম্বার্টিয়ান বনাম আইসোট্রপিক) উৎপন্ন করে।

4. প্রযুক্তিগত বিশ্লেষণ ও মূল অন্তর্দৃষ্টি

5. বিশ্লেষণ কাঠামো: একটি ব্যবহারিক উদাহরণ

পরিস্থিতি: একটি স্টার্টআপ ডিপ-ইউভি এলইডি ব্যবহার করে একটি বহনযোগ্য পানি জীবাণুমুক্তকরণ ডিভাইস উন্নয়ন করছে। কার্যকর রোগজীবাণু নিষ্ক্রিয়করণ নিশ্চিত করতে তাদের এলইডিটি একটি নলাকার পানি চ্যানেলকে সমানভাবে আলোকিত করে তা নিশ্চিত করতে হবে।

কাঠামোর প্রয়োগ:

1. সমস্যা সংজ্ঞা: সোর্স করা ২৬৫ ন্যানোমিটার এলইডিগুলোর কৌণিক নির্গমন প্যাটার্নের বৈশিষ্ট্যায়ন করুন যাতে পানি চ্যানেলের মধ্যে ফ্লুয়েন্স রেট মডেল করা যায়।
2. সরঞ্জাম নির্বাচন: ফ্লুরোসেন্স পদ্ধতি প্রয়োগ করুন। একটি সমতল পৃষ্ঠে একটি ইউভি-উত্তেজনযোগ্য, নীল-নির্গমনকারী ফসফরের একটি পাতলা স্তর (যেমন, একটি ক্যালিব্রেটেড YAG:Ce ফিল্ম) স্থাপন করা হয়।
3. ডেটা সংগ্রহ: একটি নির্দিষ্ট দূরত্বে এলইডিটি ফিল্মটিকে আলোকিত করে। একটি স্ট্যান্ডার্ড স্মার্টফোন ক্যামেরা (আরজিবি) নীল নির্গমন প্যাটার্ন ধারণ করে। এলইডিটিকে ধাপে ধাপে ঘোরানো হয় এবং প্রতিটি কোণে একটি ছবি তোলা হয়।
4. বিশ্লেষণ: ইমেজ প্রসেসিং (যেমন, পাইথন ওপেনসিভি বা ইমেজজে ব্যবহার করে) তীব্রতা প্রোফাইল নিষ্কাশন করে। রেডিয়াল তীব্রতা বনাম কোণ ডেটা একটি ল্যাম্বার্টিয়ান ($I \propto \cos(\theta)$) বা অন্যান্য মডেলের (যেমন, একটি আরও সাধারণ $\cos^m(\theta)$ ফাংশন) সাথে ফিট করা হয়।
5. সিদ্ধান্ত: যদি প্যাটার্নটি অত্যন্ত ল্যাম্বার্টিয়ান হয় (m≈1), সমরূপীকরণের জন্য সাধারণ লেন্সিংই যথেষ্ট হতে পারে। যদি এটি অত্যন্ত দিকনির্দেশক হয় (m>>1), একটি ডিফিউজার বা প্রতিফলক ইন্টিগ্রেটর প্রয়োজন হতে পারে। ব্যয়বহুল প্রোটোটাইপ তৈরি করার আগে এই কম খরচের পরীক্ষা অপটিক্যাল ডিজাইনকে জানায়।

6. ভবিষ্যতের প্রয়োগ ও দিকনির্দেশনা

প্রভাবগুলি সরল বৈশিষ্ট্যায়নের বাইরে প্রসারিত:

• ইন-লাইন প্রক্রিয়া পর্যবেক্ষণ: রিয়েল-টাইম নির্গমন প্যাটার্ন গুণমান নিয়ন্ত্রণের জন্য এলইডি উৎপাদন লাইনে একটি ফ্লুরোসেন্ট সেন্সর সংহত করা।
• জৈবচিকিৎসা যন্ত্র ক্যালিব্রেশন: ত্বকের অবস্থার চিকিৎসার জন্য পরিধানযোগ্য ইউভি ফটোথেরাপি ডিভাইসে সমান আলোকিতকরণ নিশ্চিত করা।
• প্রসারিত তরঙ্গদৈর্ঘ্য: উপযুক্ত আপ-কনভার্টিং ফসফর ব্যবহার করে, সিলিকন ডিটেক্টরগুলির জন্য অন্যান্য "অন্ধ" অঞ্চলে এলইডিগুলির বৈশিষ্ট্যায়নের জন্য একই নীতি প্রয়োগ করা, যেমন গভীর ইনফ্রারেড।
• স্মার্ট উপকরণ সংহতকরণ: "বুদ্ধিমান" ফ্লুরোসেন্ট পৃষ্ঠগুলি বিকাশ করা যা ইউভি তীব্রতা বা কোণের উপর ভিত্তি করে নির্গমন রঙ বা প্যাটার্ন পরিবর্তন করে, নতুন সেন্সর ডিজাইন সক্ষম করে।
• মানকীকরণ: এনআইএসটি বা আইইসির মতো সংস্থাগুলির সাথে কাজ করে এটিকে কম খরচের এলইডি প্যাটার্ন যাচাইকরণের জন্য একটি সুপারিশকৃত অনুশীলনে পরিণত করা, বিদ্যমান ফটোমেট্রিক মানগুলির পরিপূরক।

7. তথ্যসূত্র

1. Kneissl, M., & Rass, J. (2016). III-Nitride Ultraviolet Emitters. Springer.
2. Song, K., et al. (2016). Water disinfection with deep-UV LEDs. Journal of Water and Health.
3. Khan, M. A. H., et al. (2020). Deep-UV LED based gas sensors. ACS Sensors.
4. Lakowicz, J. R. (2006). Principles of Fluorescence Spectroscopy. Springer.
5. Zhu, J.-Y., Park, T., Isola, P., & Efros, A. A. (2017). Unpaired Image-to-Image Translation using Cycle-Consistent Adversarial Networks. IEEE ICCV. (সাদৃশ্যের জন্য সাইকেলজিএএন রেফারেন্স)
6. National Institutes of Health (NIH). Principles of Reproducible Research.
7. McFarlane, M., & McConnell, G. (2019). Characterisation of a deep-ultraviolet light-emitting diode emission pattern via fluorescence. arXiv:1911.11669.