अद्वितीय अल्ट्राफास्ट लेजर भाग दो

अद्वितीयअल्ट्राफास्ट लेजरभाग दो

फैलाव और पल्स प्रसार: समूह विलंब फैलाव
अल्ट्राफास्ट लेजर का उपयोग करते समय सबसे कठिन तकनीकी चुनौतियों में से एक है, शुरू में उत्सर्जित अल्ट्रा-शॉर्ट पल्स की अवधि को बनाए रखना।लेज़रअल्ट्राफास्ट पल्स समय विकृति के प्रति बहुत संवेदनशील होते हैं, जिससे पल्स लंबे हो जाते हैं। यह प्रभाव तब और भी खराब हो जाता है जब प्रारंभिक पल्स की अवधि कम हो जाती है। जबकि अल्ट्राफास्ट लेजर 50 सेकंड की अवधि के साथ पल्स उत्सर्जित कर सकते हैं, उन्हें लक्ष्य स्थान पर पल्स संचारित करने के लिए दर्पण और लेंस का उपयोग करके समय में बढ़ाया जा सकता है, या यहां तक ​​कि पल्स को हवा के माध्यम से भी संचारित किया जा सकता है।

इस समय विकृति को समूह विलंबित फैलाव (GDD) नामक एक उपाय का उपयोग करके मापा जाता है, जिसे द्वितीय-क्रम फैलाव के रूप में भी जाना जाता है। वास्तव में, उच्च-क्रम फैलाव शब्द भी हैं जो अल्ट्राफ़ार्ट-लेज़र पल्स के समय वितरण को प्रभावित कर सकते हैं, लेकिन व्यवहार में, आमतौर पर केवल GDD के प्रभाव की जांच करना ही पर्याप्त होता है। GDD एक आवृत्ति-निर्भर मान है जो किसी दिए गए पदार्थ की मोटाई के लिए रैखिक रूप से आनुपातिक है। लेंस, विंडो और ऑब्जेक्टिव घटकों जैसे ट्रांसमिशन ऑप्टिक्स में आमतौर पर सकारात्मक GDD मान होते हैं, जो इंगित करता है कि एक बार संपीड़ित पल्स ट्रांसमिशन ऑप्टिक्स को उत्सर्जित पल्स अवधि की तुलना में लंबी पल्स अवधि दे सकते हैंलेजर सिस्टमकम आवृत्तियों (यानी, लंबी तरंगदैर्ध्य) वाले घटक उच्च आवृत्तियों (यानी, छोटी तरंगदैर्ध्य) वाले घटकों की तुलना में तेजी से फैलते हैं। जैसे-जैसे पल्स अधिक से अधिक पदार्थ से गुजरता है, पल्स में तरंगदैर्ध्य समय में आगे और आगे बढ़ता रहेगा। छोटी पल्स अवधि और इसलिए व्यापक बैंडविड्थ के लिए, यह प्रभाव और भी अधिक बढ़ जाता है और इसके परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण पल्स समय विरूपण हो सकता है।

अल्ट्राफास्ट लेजर अनुप्रयोग
स्पेक्ट्रोस्कोपी
अल्ट्राफास्ट लेजर स्रोतों के आगमन के बाद से, स्पेक्ट्रोस्कोपी उनके मुख्य अनुप्रयोग क्षेत्रों में से एक रहा है। पल्स अवधि को फेमटोसेकंड या यहां तक ​​कि एटोसेकंड तक कम करके, भौतिकी, रसायन विज्ञान और जीव विज्ञान में गतिशील प्रक्रियाएं जो ऐतिहासिक रूप से निरीक्षण करना असंभव थीं, अब हासिल की जा सकती हैं। प्रमुख प्रक्रियाओं में से एक परमाणु गति है, और परमाणु गति के अवलोकन ने आणविक कंपन, आणविक पृथक्करण और प्रकाश संश्लेषक प्रोटीन में ऊर्जा हस्तांतरण जैसी मौलिक प्रक्रियाओं की वैज्ञानिक समझ में सुधार किया है।

बायोइमेजिंग
पीक-पावर अल्ट्राफास्ट लेजर नॉनलाइनियर प्रक्रियाओं का समर्थन करते हैं और जैविक इमेजिंग के लिए रिज़ॉल्यूशन में सुधार करते हैं, जैसे कि मल्टी-फ़ोटॉन माइक्रोस्कोपी। एक मल्टी-फ़ोटॉन सिस्टम में, जैविक माध्यम या फ्लोरोसेंट लक्ष्य से एक नॉनलाइनियर सिग्नल उत्पन्न करने के लिए, दो फोटॉन को स्थान और समय में ओवरलैप करना चाहिए। यह नॉनलाइनियर तंत्र पृष्ठभूमि प्रतिदीप्ति संकेतों को महत्वपूर्ण रूप से कम करके इमेजिंग रिज़ॉल्यूशन में सुधार करता है जो एकल-फ़ोटॉन प्रक्रियाओं के अध्ययन को प्रभावित करते हैं। सरलीकृत सिग्नल पृष्ठभूमि को चित्रित किया गया है। मल्टीफ़ोटॉन माइक्रोस्कोप का छोटा उत्तेजना क्षेत्र भी फोटोटॉक्सिसिटी को रोकता है और नमूने को होने वाले नुकसान को कम करता है।

चित्र 1: बहु-फोटोन माइक्रोस्कोप प्रयोग में किरण 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 बातचीत करने का अनूठा तरीका है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, एलडीटी पर चर्चा करते समय, अल्ट्राफास्ट पल्स अवधि सामग्री की जाली में गर्मी प्रसार के समय पैमाने से अधिक तेज होती है। अल्ट्राफास्ट लेजर की तुलना में बहुत छोटा गर्मी-प्रभावित क्षेत्र उत्पन्न करते हैंनैनोसेकंड स्पंदित लेजर, जिसके परिणामस्वरूप चीरा लगाने में कम नुकसान होता है और मशीनिंग अधिक सटीक होती है। यह सिद्धांत चिकित्सा अनुप्रयोगों पर भी लागू होता है, जहाँ अल्ट्राफ़ार्ट-लेज़र कटिंग की बढ़ी हुई सटीकता आस-पास 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 लेजर को आगे बढ़ाने के लिए अनुसंधान जारी है, कम पल्स अवधि वाले नए और बेहतर प्रकाश स्रोत विकसित किए जा रहे हैं। तेज़ भौतिक प्रक्रियाओं में अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए, कई शोधकर्ता एटोसेकंड पल्स की पीढ़ी पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं - चरम पराबैंगनी (XUV) तरंगदैर्ध्य रेंज में लगभग 10-18 सेकंड। एटोसेकंड पल्स इलेक्ट्रॉन गति की ट्रैकिंग की अनुमति देते हैं और इलेक्ट्रॉनिक संरचना और क्वांटम यांत्रिकी की हमारी समझ में सुधार करते हैं। जबकि औद्योगिक प्रक्रियाओं में XUV एटोसेकंड लेजर के एकीकरण ने अभी तक महत्वपूर्ण प्रगति नहीं की है, क्षेत्र में चल रहे अनुसंधान और उन्नति लगभग निश्चित रूप से इस तकनीक को प्रयोगशाला से बाहर और विनिर्माण में धकेल देगी, जैसा कि फेमटोसेकंड और पिकोसेकंड के मामले में हुआ हैलेजर स्रोत.