अद्वितीय अल्ट्राफास्ट लेजर भाग दो

अद्वितीयअल्ट्राफास्ट लेजरभाग दो

फैलाव और पल्स प्रसार: समूह विलंब फैलाव
अल्ट्राफास्ट लेज़रों का उपयोग करते समय सबसे कठिन तकनीकी चुनौतियों में से एक है, प्रारंभ में उत्सर्जित अल्ट्रा-शॉर्ट पल्स की अवधि को बनाए रखना।लेज़रअल्ट्राफास्ट पल्स समय विकृति के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं, जिससे पल्स लंबे हो जाते हैं। प्रारंभिक पल्स की अवधि कम होने पर यह प्रभाव और भी बदतर हो जाता है। हालाँकि अल्ट्राफास्ट लेज़र 50 सेकंड की अवधि वाले पल्स उत्सर्जित कर सकते हैं, लेकिन पल्स को लक्ष्य स्थान तक पहुँचाने के लिए दर्पणों और लेंसों का उपयोग करके उन्हें समय के साथ प्रवर्धित किया जा सकता है, या यहाँ तक कि पल्स को केवल हवा के माध्यम से भी प्रेषित किया जा सकता है।

इस समय विरूपण को समूह विलंबित फैलाव (GDD) नामक माप का उपयोग करके परिमाणित किया जाता है, जिसे द्वितीय-क्रम फैलाव भी कहा जाता है। वास्तव में, उच्च-क्रम फैलाव पद भी होते हैं जो अल्ट्राफार्ट-लेज़र पल्स के समय वितरण को प्रभावित कर सकते हैं, लेकिन व्यवहार में, केवल GDD के प्रभाव की जाँच करना ही पर्याप्त होता है। GDD एक आवृत्ति-निर्भर मान है जो किसी दिए गए पदार्थ की मोटाई के रैखिक रूप से समानुपाती होता है। लेंस, विंडो और ऑब्जेक्टिव घटकों जैसे ट्रांसमिशन ऑप्टिक्स में आमतौर पर धनात्मक GDD मान होते हैं, जो दर्शाता है कि एक बार संपीड़ित होने पर पल्स ट्रांसमिशन ऑप्टिक्स को उत्सर्जित पल्स की तुलना में लंबी पल्स अवधि दे सकते हैं।लेजर सिस्टमकम आवृत्तियों (अर्थात, लंबी तरंगदैर्घ्य) वाले घटक उच्च आवृत्तियों (अर्थात, छोटी तरंगदैर्घ्य) वाले घटकों की तुलना में तेज़ी से प्रसारित होते हैं। जैसे-जैसे पल्स अधिक से अधिक पदार्थ से होकर गुज़रती है, पल्स में तरंगदैर्घ्य समय के साथ और भी आगे बढ़ता रहेगा। छोटी पल्स अवधियों और इसलिए व्यापक बैंडविड्थ के लिए, यह प्रभाव और भी बढ़ जाता है और इसके परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण पल्स समय विकृति हो सकती है।

अल्ट्राफास्ट लेजर अनुप्रयोग
स्पेक्ट्रोस्कोपी
अल्ट्राफास्ट लेज़र स्रोतों के आगमन के बाद से, स्पेक्ट्रोस्कोपी उनके प्रमुख अनुप्रयोग क्षेत्रों में से एक रहा है। पल्स अवधि को फेम्टोसेकंड या एटोसेकंड तक कम करके, भौतिकी, रसायन विज्ञान और जीव विज्ञान में गतिशील प्रक्रियाएँ, जिनका ऐतिहासिक रूप से अवलोकन करना असंभव था, अब प्राप्त की जा सकती हैं। इनमें से एक प्रमुख प्रक्रिया परमाणु गति है, और परमाणु गति के अवलोकन ने प्रकाश संश्लेषक प्रोटीनों में आणविक कंपन, आणविक वियोजन और ऊर्जा स्थानांतरण जैसी मूलभूत प्रक्रियाओं की वैज्ञानिक समझ को बेहतर बनाया है।

बायोइमेजिंग
पीक-पावर अल्ट्राफास्ट लेज़र अरैखिक प्रक्रियाओं का समर्थन करते हैं और बहु-फ़ोटॉन माइक्रोस्कोपी जैसी जैविक इमेजिंग के लिए रिज़ॉल्यूशन में सुधार करते हैं। एक बहु-फ़ोटॉन प्रणाली में, किसी जैविक माध्यम या प्रतिदीप्त लक्ष्य से अरैखिक संकेत उत्पन्न करने के लिए, दो फोटॉनों का स्थान और समय में अतिव्यापन आवश्यक है। यह अरैखिक तंत्र पृष्ठभूमि प्रतिदीप्ति संकेतों को महत्वपूर्ण रूप से कम करके इमेजिंग रिज़ॉल्यूशन में सुधार करता है जो एकल-फ़ोटॉन प्रक्रियाओं के अध्ययन में बाधा डालते हैं। सरलीकृत सिग्नल पृष्ठभूमि को चित्रित किया गया है। बहु-फ़ोटॉन माइक्रोस्कोप का छोटा उत्तेजन क्षेत्र प्रकाश विषाक्तता को भी रोकता है और नमूने को होने वाली क्षति को न्यूनतम करता है।

चित्र 1: बहु-फोटोन सूक्ष्मदर्शी प्रयोग में किरण पथ का एक उदाहरण आरेख

लेजर सामग्री प्रसंस्करण
अल्ट्राफास्ट लेज़र स्रोतों ने लेज़र माइक्रोमशीनिंग और सामग्री प्रसंस्करण में भी क्रांति ला दी है, क्योंकि अल्ट्राशॉर्ट पल्स पदार्थों के साथ क्रिया करने का उनका तरीका अनोखा है। जैसा कि पहले बताया गया है, एलडीटी की चर्चा करते समय, अल्ट्राफास्ट पल्स की अवधि पदार्थ के जालक में ऊष्मा प्रसार के समय पैमाने से तेज़ होती है। अल्ट्राफास्ट लेज़र, अन्य स्रोतों की तुलना में बहुत छोटा ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र उत्पन्न करते हैं।नैनोसेकंड स्पंदित लेज़रजिसके परिणामस्वरूप चीरों में कम नुकसान होता है और मशीनिंग अधिक सटीक होती है। यह सिद्धांत चिकित्सा अनुप्रयोगों में भी लागू होता है, जहाँ अल्ट्राफार्ट-लेज़र कटिंग की बढ़ी हुई सटीकता आसपास के ऊतकों को होने वाले नुकसान को कम करने में मदद करती है और लेज़र सर्जरी के दौरान रोगी के अनुभव को बेहतर बनाती है।

एटोसेकंड पल्स: अल्ट्राफास्ट लेज़रों का भविष्य
जैसे-जैसे अल्ट्राफास्ट लेज़रों को आगे बढ़ाने के लिए अनुसंधान जारी है, कम पल्स अवधि वाले नए और बेहतर प्रकाश स्रोत विकसित किए जा रहे हैं। तीव्र भौतिक प्रक्रियाओं की जानकारी प्राप्त करने के लिए, कई शोधकर्ता एटोसेकंड पल्स उत्पन्न करने पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं – जो चरम पराबैंगनी (XUV) तरंगदैर्ध्य परास में लगभग 10-18 सेकंड होते हैं। एटोसेकंड पल्स इलेक्ट्रॉन गति का पता लगाने में सक्षम बनाते हैं और इलेक्ट्रॉनिक संरचना और क्वांटम यांत्रिकी की हमारी समझ को बेहतर बनाते हैं। हालाँकि औद्योगिक प्रक्रियाओं में XUV एटोसेकंड लेज़रों के एकीकरण में अभी तक कोई उल्लेखनीय प्रगति नहीं हुई है, लेकिन इस क्षेत्र में चल रहे अनुसंधान और प्रगति लगभग निश्चित रूप से इस तकनीक को प्रयोगशाला से बाहर निकालकर विनिर्माण क्षेत्र में लाएगी, जैसा कि फेमटोसेकंड और पिकोसेकंड के मामले में हुआ है।लेजर स्रोतों.