एक अद्वितीय ऊर्जा स्रोत के रूप में, सुपर लेज़र वैज्ञानिक अनुसंधान, उद्योग और चिकित्सा जैसे कई पहलुओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। उच्च-तीव्रता वाले लेजर पल्स प्राप्त करने के लिए, बीम आमतौर पर अंतरिक्ष में बहुत छोटे आकार में परिवर्तित होते हैं, और अभिसरण के बाद, वे विवर्तन प्रभावों के कारण जल्दी से अलग हो जाएंगे। हालांकि, लेजर वेकफील्ड त्वरण जैसे क्षेत्रों में, काफी दूरी पर उच्च प्रकाश तीव्रता बनाए रखने के लिए लेजर की आवश्यकता होती है। लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी (एलबीएनएल) के एक वैज्ञानिक मार्लीन टर्नर के नेतृत्व में एक अध्ययन इस क्षेत्र तक फैला हुआ है।
लेजर वेकफील्ड त्वरण में, प्लाज्मा में इलेक्ट्रोस्टैटिक तरंगों को उत्तेजित करने के लिए सुपर-पावर्ड लेजर का उपयोग किया जाता है, और चार्ज किए गए कणों को समुद्र पर सर्फिंग के समान इलेक्ट्रोस्टैटिक तरंगों में त्वरित किया जा सकता है। इस प्रकार के त्वरक की सबसे खास विशेषता यह है कि एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा प्राप्त करने के लिए आवेशित कणों के लिए आवश्यक त्वरण दूरी पारंपरिक त्वरण विधियों की तुलना में हजारों गुना कम होती है। हालांकि, अगर लेजर बीम निर्देशित नहीं है, तो यह फोकस के तुरंत बाद फैल जाएगा, लेजर पल्स की तीव्रता और त्वरण दूरी को बहुत कम कर देगा जो उच्च-तीव्रता वाले वेक फील्ड को चला सकता है। इसलिए, त्वरण दूरी को छोटा करने से कणों को सर्वोत्तम त्वरण ऊर्जा प्राप्त नहीं होगी।
कम-तीव्रता वाली दालों के लिए, विवर्तन का समाधान ऑप्टिकल फाइबर ग्लास है, जो लेजर बीम को हजारों किलोमीटर तक निर्देशित कर सकता है, लेकिन उच्च-तीव्रता वाले लेजर ऑप्टिकल फाइबर को नुकसान पहुंचा सकते हैं। हाई पावर लेजर साइंस एंड इंजीनियरिंग 2021 के दूसरे अंक में एक लेख में, प्रोफेसर मार्लीन टर्नर और अन्य ने सुपर-पावर्ड लेजर के लिए उपयोग किए जाने वाले प्लाज्मा फाइबर का अध्ययन किया। प्लाज्मा विवर्तन प्रभाव को कम कर सकता है और लेजर बीम को इसकी उच्च-तीव्रता संचरण दूरी का विस्तार करने के लिए मार्गदर्शन कर सकता है। . शोध दल ने अब तक की सबसे लंबी 40 सेमी उच्च गुणवत्ता वाली निर्वहन केशिका दिखाई।
प्लाज्मा वेवगाइड लेजर का मार्गदर्शन कैसे करता है? लेंस या ऑप्टिकल फाइबर केंद्र में सबसे मजबूत अपवर्तक सूचकांक वितरण के माध्यम से लेजर प्रकाश को विक्षेपित कर सकता है। प्लाज्मा के लिए, यह केंद्र में सबसे कम इलेक्ट्रॉन घनत्व वितरण द्वारा प्राप्त किया जाता है। रेडियल दिशा में इलेक्ट्रॉन घनत्व का वितरण धीरे-धीरे बढ़ने से रेडियल दिशा में अपवर्तनांक में क्रमिक वृद्धि होती है, जो उच्च-शक्ति वाले लेजर के लिए सुपर-पावर्ड लेंस या लेजर ट्यूब की तरह है।
ऐसा प्लाज्मा कैसे उत्पन्न किया जा सकता है? अब तक कई तकनीकों को लागू किया गया है। इस पत्र में, शोधकर्ताओं ने दोनों सिरों से जुड़े इलेक्ट्रोड के साथ एक गैस से भरी नीलमणि केशिका ट्यूब का इस्तेमाल किया। प्लाज्मा हाई-वोल्टेज डिस्चार्ज द्वारा उत्पन्न होता है। डिस्चार्ज करंट प्लाज्मा को गर्म करता है और इसे ट्यूब की दीवार के पास ठंडा करता है, जिससे तापमान ट्यूब की दीवार के करीब हो जाता है। चूंकि वायु दाब संतुलित होता है, केंद्र से सिरे तक इलेक्ट्रॉन घनत्व धीरे-धीरे बढ़ता है, जिसके परिणामस्वरूप लेजर बीम को निर्देशित करने के लिए एक सुपर मजबूत वेवगाइड होता है।
एक स्थिर ग्लास लेंस या ऑप्टिकल फाइबर के विपरीत, प्लास्मोनिक वेवगाइड हर पल्स को फिर से स्थापित किया जाता है। इसलिए, शोधकर्ताओं ने प्रत्येक डिस्चार्ज के पैरामीटर परिवर्तनों का विस्तार से अध्ययन किया और उत्कृष्ट स्थिरता और दोहराव का प्रदर्शन किया। लेजर वेक फील्ड के त्वरण में बहु-पैरामीटर परिवर्तनों के साथ त्वरित बीम के लिए यह बहुत महत्वपूर्ण है। शोधकर्ताओं ने पाया कि विभिन्न डिस्चार्ज प्रक्रियाओं में वेवगाइड मापदंडों का परिवर्तन 1% से कम है, और प्रत्येक चैनल में घनत्व वितरण बहुत करीब है। इसका मतलब यह है कि प्रत्येक लेज़र पल्स उसी तरह वेवगाइड में उसी तरह से यात्रा करेगा।
[जीजी] quot; यह काम दिखाता है कि केशिका ट्यूब एक बहुत ही स्थिर प्लाज्मा उत्पन्न कर सकती है, जो इंगित करता है कि त्वरक प्रदर्शन में उतार-चढ़ाव मुख्य रूप से लेजर ड्राइव के उतार-चढ़ाव के कारण होते हैं, और यह सुनिश्चित करने के लिए बहुत तत्काल लेजर प्रतिक्रिया नियंत्रण की आवश्यकता होती है स्थिरता। [जीजी] उद्धरण; कैलिफ़ोर्निया एलबीएनएल एक्सेलेरेटर तकनीक एप्लाइड फिजिक्स विभाग के निदेशक डॉ. कैमरन गेडेस ने इस काम पर उपरोक्त टिप्पणियां दीं।
ग्लास लेंस के आकार का सटीक नियंत्रण ऑप्टिकल प्रदर्शन को निर्धारित करता है, लेकिन प्लाज्मा को उसी स्तर तक नियंत्रित करना एक चुनौती है। आदर्श रूप से, इलेक्ट्रॉन घनत्व वितरण परवलयिक है, लेकिन वास्तव में यह अब चैनल की धुरी से दूर एक परवलय नहीं है। शोधकर्ताओं ने पाया कि यह प्लाज्मा में एक दूरबीन प्रणाली के रूप में बीम के फोकल स्पॉट को बढ़ाने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। बहुत सटीक नियंत्रण के माध्यम से, इस पेपर में शोधकर्ता लेजर को निर्देशित करने के लिए लेजर के फोकल स्पॉट के पास वितरित परवलयिक प्लाज्मा का उपयोग करते हैं, ताकि बीम के प्रसार के दौरान बीम की गुणवत्ता में कमी न हो। डिस्चार्ज केशिका वेवगाइड ने लेजर वेकफील्ड त्वरक में उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त किया है। अनुसंधान दल द्वारा विकसित 40 सेमी लंबे वेवगाइड से कट-ऑफ ऊर्जा को उच्च स्तर पर धकेलने की उम्मीद है।
