अद्वितीय अति तीव्र लेजर भाग दो

अद्वितीयअल्ट्राफास्ट लेजरभाग दो

फैलाव और पल्स प्रसार: समूह विलंब फैलाव
अल्ट्राफास्ट लेजर का उपयोग करते समय आने वाली सबसे कठिन तकनीकी चुनौतियों में से एक है लेजर द्वारा शुरू में उत्सर्जित अल्ट्रा-शॉर्ट पल्स की अवधि को बनाए रखना।लेज़रअति तीव्र तरंगें समय विरूपण के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होती हैं, जिससे तरंगें लंबी हो जाती हैं। प्रारंभिक तरंग की अवधि कम होने पर यह प्रभाव और भी बढ़ जाता है। हालांकि अति तीव्र लेजर 50 सेकंड की अवधि वाली तरंगें उत्सर्जित कर सकते हैं, लेकिन दर्पणों और लेंसों का उपयोग करके तरंग को लक्ष्य स्थान तक पहुँचाकर या यहाँ तक कि हवा के माध्यम से भी प्रेषित करके समय के साथ उनकी तीव्रता बढ़ाई जा सकती है।

समय के साथ होने वाले इस विरूपण को ग्रुप डिलेड डिस्पर्शन (GDD) नामक माप का उपयोग करके मापा जाता है, जिसे द्वितीय-क्रम डिस्पर्शन भी कहा जाता है। वास्तव में, उच्च-क्रम डिस्पर्शन पद भी होते हैं जो अल्ट्राफास्ट-लेजर पल्स के समय वितरण को प्रभावित कर सकते हैं, लेकिन व्यवहार में, आमतौर पर केवल GDD के प्रभाव का अध्ययन करना ही पर्याप्त होता है। GDD एक आवृत्ति-निर्भर मान है जो किसी दी गई सामग्री की मोटाई के आनुपातिक होता है। लेंस, विंडो और ऑब्जेक्टिव जैसे ट्रांसमिशन ऑप्टिक्स घटकों में आमतौर पर धनात्मक GDD मान होते हैं, जिसका अर्थ है कि संपीड़ित पल्स ट्रांसमिशन ऑप्टिक्स को उत्सर्जित पल्स की तुलना में अधिक पल्स अवधि प्रदान कर सकते हैं।लेजर सिस्टमकम आवृत्ति (अर्थात, लंबी तरंगदैर्ध्य) वाले घटक, उच्च आवृत्ति (अर्थात, छोटी तरंगदैर्ध्य) वाले घटकों की तुलना में अधिक तेज़ी से फैलते हैं। जैसे-जैसे स्पंद अधिक से अधिक पदार्थ से होकर गुजरता है, स्पंद की तरंगदैर्ध्य समय के साथ और अधिक बढ़ती जाती है। छोटी स्पंद अवधियों और परिणामस्वरूप व्यापक बैंडविड्थ के लिए, यह प्रभाव और भी अधिक बढ़ जाता है और इसके परिणामस्वरूप स्पंद समय में महत्वपूर्ण विकृति उत्पन्न हो सकती है।

अल्ट्राफास्ट लेजर अनुप्रयोग
स्पेक्ट्रोस्कोपी
अति तीव्र लेजर स्रोतों के आगमन के बाद से, स्पेक्ट्रोस्कोपी उनके प्रमुख अनुप्रयोग क्षेत्रों में से एक रहा है। पल्स की अवधि को फेम्टोसेकंड या यहां तक ​​कि एटोसेकंड तक कम करके, भौतिकी, रसायन विज्ञान और जीव विज्ञान में ऐसी गतिशील प्रक्रियाओं का अवलोकन करना संभव हो गया है जिन्हें ऐतिहासिक रूप से देखना असंभव था। इनमें से एक प्रमुख प्रक्रिया परमाणु गति है, और परमाणु गति के अवलोकन ने आणविक कंपन, आणविक विखंडन और प्रकाश संश्लेषक प्रोटीन में ऊर्जा हस्तांतरण जैसी मूलभूत प्रक्रियाओं की वैज्ञानिक समझ को बेहतर बनाया है।

बायोइमेजिंग
अत्यधिक शक्तिशाली अल्ट्राफास्ट लेजर गैर-रेखीय प्रक्रियाओं का समर्थन करते हैं और मल्टी-फोटॉन माइक्रोस्कोपी जैसी जैविक इमेजिंग के लिए रिज़ॉल्यूशन में सुधार करते हैं। एक मल्टी-फोटॉन प्रणाली में, किसी जैविक माध्यम या प्रतिदीप्त लक्ष्य से गैर-रेखीय संकेत उत्पन्न करने के लिए, दो फोटॉनों का स्थान और समय में ओवरलैप होना आवश्यक है। यह गैर-रेखीय तंत्र एकल-फोटॉन प्रक्रियाओं के अध्ययन में बाधा डालने वाले पृष्ठभूमि प्रतिदीप्त संकेतों को काफी हद तक कम करके इमेजिंग रिज़ॉल्यूशन में सुधार करता है। सरलीकृत सिग्नल पृष्ठभूमि को दर्शाया गया है। मल्टीफोटॉन माइक्रोस्कोप का छोटा उत्तेजना क्षेत्र फोटोविषाक्तता को भी रोकता है और नमूने को होने वाले नुकसान को कम करता है।

चित्र 1: मल्टी-फोटॉन माइक्रोस्कोप प्रयोग में बीम पथ का एक उदाहरण आरेख।

लेजर सामग्री प्रसंस्करण
अल्ट्राफास्ट लेजर स्रोतों ने लेजर माइक्रोमशीनिंग और सामग्री प्रसंस्करण में भी क्रांति ला दी है, क्योंकि अल्ट्राशॉर्ट पल्स सामग्री के साथ अद्वितीय तरीके से परस्पर क्रिया करते हैं। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, एलडीटी पर चर्चा करते समय, अल्ट्राफास्ट पल्स की अवधि सामग्री के जालक में ऊष्मा प्रसार के समय पैमाने से तेज होती है। अल्ट्राफास्ट लेजर सामान्य लेजर की तुलना में बहुत छोटा ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र उत्पन्न करते हैं।नैनोसेकंड स्पंदित लेजरइसके परिणामस्वरूप चीरे के दौरान होने वाली क्षति कम होती है और मशीनिंग अधिक सटीक होती है। यह सिद्धांत चिकित्सा अनुप्रयोगों में भी लागू होता है, जहां अल्ट्राफास्ट-लेजर कटिंग की बढ़ी हुई सटीकता आसपास के ऊतकों को होने वाली क्षति को कम करने में मदद करती है और लेजर सर्जरी के दौरान रोगी के अनुभव को बेहतर बनाती है।

एटोसेकंड पल्स: अल्ट्राफास्ट लेजर का भविष्य
जैसे-जैसे अल्ट्राफास्ट लेज़रों पर शोध आगे बढ़ रहा है, कम पल्स अवधि वाले नए और बेहतर प्रकाश स्रोत विकसित किए जा रहे हैं। तीव्र भौतिक प्रक्रियाओं को समझने के लिए, कई शोधकर्ता एटोसेकंड पल्स उत्पन्न करने पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं - जो कि चरम पराबैंगनी (XUV) तरंगदैर्ध्य श्रेणी में लगभग 10⁻¹⁸ सेकंड की होती हैं। एटोसेकंड पल्स इलेक्ट्रॉन गति को ट्रैक करने में सक्षम बनाती हैं और इलेक्ट्रॉनिक संरचना और क्वांटम यांत्रिकी की हमारी समझ को बेहतर बनाती हैं। हालांकि XUV एटोसेकंड लेज़रों को औद्योगिक प्रक्रियाओं में एकीकृत करने में अभी तक कोई खास प्रगति नहीं हुई है, लेकिन इस क्षेत्र में चल रहे शोध और प्रगति से यह तकनीक निश्चित रूप से प्रयोगशाला से निकलकर विनिर्माण क्षेत्र में पहुंच जाएगी, जैसा कि फेमटोसेकंड और पिकोसेकंड लेज़रों के मामले में हुआ है।लेजर स्रोत.