एटोसेकंड विज्ञान के लिए अति तीव्र लेजर

अल्ट्रा फास्ट लेजरएटोसेकंड विज्ञान के लिए
वर्तमान में, एटोसेकंड पल्स मुख्य रूप से प्रबल क्षेत्रों द्वारा संचालित उच्च-क्रम हार्मोनिक जनरेशन (एचएचजी) के माध्यम से प्राप्त की जाती हैं। इनके उत्पादन का सार यह है कि इलेक्ट्रॉन प्रबल लेजर विद्युत क्षेत्र द्वारा आयनित, त्वरित और पुनर्संयोजित होकर ऊर्जा मुक्त करते हैं, जिससे एटोसेकंड एक्सयूवी पल्स उत्सर्जित होती हैं।
इसलिए, एटोसेकंड आउटपुट पल्स की चौड़ाई, ऊर्जा, तरंगदैर्ध्य और पुनरावृति दर के प्रति अत्यंत संवेदनशील होता है।ड्राइविंग लेजर(अल्ट्रा फास्ट लेजर): छोटी पल्स चौड़ाई एटोसेकंड पल्स को अलग करने में फायदेमंद होती है, उच्च ऊर्जा आयनीकरण और दक्षता में सुधार करती है, लंबी तरंगदैर्ध्य कटऑफ ऊर्जा को बढ़ाती है लेकिन रूपांतरण दक्षता को काफी कम कर देती है, और उच्च पुनरावृति दर सिग्नल-टू-शोर अनुपात में सुधार करती है लेकिन एकल पल्स ऊर्जा द्वारा सीमित होती है। विभिन्न अनुप्रयोगों (जैसे इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी, एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी, कोइंसिडेंस काउंटिंग, आदि) में एटोसेकंड पल्स इंडेक्स पर अलग-अलग जोर दिया जाता है, जो लेजर को संचालित करने के लिए विशिष्ट और व्यापक आवश्यकताओं को सामने रखता है। एटोसेकंड विज्ञान में उपयोग के लिए ड्राइविंग लेजर के प्रदर्शन में सुधार करना महत्वपूर्ण है।

ड्राइविंग लेजर (अल्ट्रा फास्ट लेजर) के प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए चार प्रमुख तकनीकी मार्ग
1. उच्च ऊर्जा: एचएचजी की कम रूपांतरण दक्षता को दूर करने और उच्च-थ्रूपुट एटोसेकंड पल्स प्राप्त करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। तकनीकी विकास पारंपरिक चिर्प्ड पल्स एम्प्लीफिकेशन (सीपीए) से ऑप्टिकल पैरामीट्रिक एम्प्लीफिकेशन परिवार की ओर स्थानांतरित हो गया है, जिसमें ऑप्टिकल पैरामीट्रिक चिर्प्ड पल्स एम्प्लीफिकेशन (ओपीसीपीए), ड्यूल चिर्प्ड ओपीए (डीसी-ओपीए), फ्रीक्वेंसी डोमेन ओपीए (एफओपीए) और क्वासी फेज मैचिंग ओपीसीपीए (क्यूपीसीपीए) शामिल हैं। इसके अलावा, थर्मल प्रभाव और गैर-रेखीय क्षति जैसी एकल चैनल एम्पलीफायरों की भौतिक सीमाओं को दूर करने और जूल स्तर की ऊर्जा आउटपुट प्राप्त करने के लिए सुसंगत बीम संश्लेषण (सीबीसी) और पल्स स्प्लिटिंग एम्प्लीफिकेशन (डीपीए) संश्लेषण तकनीकों को संयोजित किया गया है।
2. छोटी पल्स चौड़ाई: इलेक्ट्रॉनिक गतिकी का विश्लेषण करने के लिए उपयोग की जाने वाली पृथक एटोसेकंड पल्स उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन की गई, जिसमें कम या उप-आवधिक ड्राइविंग पल्स और स्थिर कैरियर लिफाफा चरण (सीईपी) की आवश्यकता होती है। मुख्य तकनीकों में पल्स चौड़ाई को अत्यंत छोटी लंबाई तक संपीड़ित करने के लिए खोखले कोर फाइबर (एचसीएफ), मल्टी थिन फिल्म (एमपीएससी) और मल्टी-चैनल कैविटी (एमपीसी) जैसी गैर-रेखीय पोस्ट संपीड़न तकनीकों का उपयोग शामिल है। सीईपी स्थिरता को एफ-2एफ इंटरफेरोमीटर का उपयोग करके मापा जाता है और सक्रिय फीडबैक/फीडफॉरवर्ड (जैसे एओएफएस, एओपीडीएफ) या आवृत्ति अंतर प्रक्रियाओं पर आधारित निष्क्रिय ऑल-ऑप्टिकल स्व-स्थिरीकरण तंत्र के माध्यम से प्राप्त किया जाता है।
3. लंबी तरंगदैर्ध्य: जैव-अणु इमेजिंग के लिए एटोसेकंड फोटॉन ऊर्जा को "वॉटर विंडो" बैंड तक पहुंचाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसके तीन प्रमुख तकनीकी मार्ग हैं:
ऑप्टिकल पैरामीट्रिक एम्प्लीफिकेशन (ओपीए) और इसका कैस्केड: यह 1-5 μm तरंगदैर्ध्य रेंज में मुख्यधारा का समाधान है, जिसमें BiBO और MgO: LN जैसे क्रिस्टल का उपयोग किया जाता है; 5 μm तरंगदैर्ध्य बैंड के लिए ZGP और LiGaS ₂ जैसे क्रिस्टल की आवश्यकता होती है।
डिफरेंशियल फ्रीक्वेंसी जनरेशन (डीएफजी) और इंट्रा पल्स डिफरेंशियल फ्रीक्वेंसी (आईपीयूपीडीजी): निष्क्रिय सीईपी स्थिरता के साथ सीड स्रोत प्रदान कर सकते हैं।
डायरेक्ट लेजर तकनीक, जैसे कि Cr: ZnS/Se ट्रांजिशन मेटल डोप्ड चैल्कोजेनाइड लेजर, को "मिड इन्फ्रारेड टाइटेनियम सैफायर" के रूप में जाना जाता है और इसमें कॉम्पैक्ट संरचना और उच्च दक्षता के फायदे हैं।
4. उच्च पुनरावृति दर: सिग्नल-टू-शोर अनुपात और डेटा अधिग्रहण दक्षता में सुधार लाने और अंतरिक्ष आवेश प्रभावों की सीमाओं को दूर करने के उद्देश्य से। दो मुख्य मार्ग:
अनुनाद संवर्धित गुहा प्रौद्योगिकी: मेगाहर्ट्ज़ स्तर के दोहराव आवृत्ति स्पंदों की चरम शक्ति को बढ़ाने के लिए उच्च-परिशुद्धता अनुनादी गुहाओं का उपयोग करके एचएचजी को संचालित करना, एक्सयूवी आवृत्ति कंघी जैसे क्षेत्रों में लागू किया गया है, लेकिन पृथक एटोसेकंड स्पंदों को उत्पन्न करना अभी भी चुनौतियां पेश करता है।
उच्च पुनरावृत्ति दर औरउच्च-शक्ति लेजरOPCPA, फाइबर CPA को नॉनलाइनियर पोस्ट कंप्रेशन के साथ मिलाकर और थिन फिल्म ऑसिलेटर सहित डायरेक्ट ड्राइव ने 100 kHz की पुनरावृति दर पर पृथक एटोसेकंड पल्स उत्पादन हासिल किया है।