नई तकनीक अल्ट्राशॉर्ट लेजर पल्स का उत्पादन करने के लिए विभिन्न तरंग दैर्ध्य के फाइबर लेजर को जोड़ती है

हाल ही में, बर्कले लैब के एक्सेलेरेटर टेक्नोलॉजी और एप्लाइड फिजिक्स (एटीएपी) डिवीजन के शोधकर्ताओं के एक समूह ने एक नई तकनीक के विकास की घोषणा की जो अल्ट्राशॉर्ट लेजर पल्स उत्पन्न करने के लिए विभिन्न तरंग दैर्ध्य के फाइबर लेजर को जोड़ सकती है।
यह कार्य लेजर प्लाज्मा गैस पैडल (एलपीए) के विकास को आगे बढ़ा सकता है, जिसमें उच्च-ऊर्जा भौतिकी की सीमाओं को आगे बढ़ाने और सामग्री विज्ञान, संलयन अनुसंधान और कई अन्य क्षेत्रों में खोजों को सक्षम करने की क्षमता है।
लेज़र प्लाज़्मा गैस पैडल (एलपीए) प्लाज़्मा के माध्यम से आवेशित कणों को वर्तमान तकनीक से 1,{1}} गुना तेज गति से तेज करने के लिए अल्ट्राफास्ट लेज़र प्रकाश के तीव्र स्पंदों का उपयोग करते हैं, जिससे ऐसी मशीनों का निर्माण संभव होता है जो इससे अधिक कॉम्पैक्ट और शक्तिशाली होती हैं। पारंपरिक गैस पैडल, और निर्माण और संचालन में कम खर्चीला।
वर्तमान में, अधिकांश लेज़र प्लाज़्मा गैस पैडल (एलपीए) केवल कुछ हर्ट्ज़ (हर्ट्ज) की पुनरावृत्ति आवृत्तियों के साथ लेज़र पल्स का उपयोग करते हैं। हालाँकि, एलपीए की पूरी क्षमता को साकार करने के लिए उच्च-शक्ति वाले लेजर सिस्टम की आवश्यकता होती है जो किलोहर्ट्ज़ या उच्चतर की पुनरावृत्ति आवृत्तियों पर अल्ट्राशॉर्ट, उच्च-ऊर्जा लेजर दालों को उत्पन्न करने में सक्षम हो।
ये सीमाएँ ऐसे पल्स उत्पन्न करने वाले लेजर सिस्टम पर बहुत अधिक मांग रखती हैं। परिणामस्वरूप, शोधकर्ता ने फ़ाइबर लेज़रों की ओर रुख किया, जिसके बारे में उनका कहना है कि यह "अब तक की सबसे कुशल उच्च-शक्ति वाली लेज़र तकनीक है और इसमें व्यापक औद्योगिक विकास भी हुआ है जिसका उपयोग हमारे काम में किया जा सकता है।"
जबकि फाइबर लेजर द्वारा उत्पन्न दालों की ऊर्जा और शक्ति को अंतरिक्ष और समय में कई दालों के संयोजन से बढ़ाया जा सकता है, ये दालें वर्तमान में लगभग 100 फेमटोसेकंड (एफएस) तक सीमित हैं, जो लेजर प्लाज्मा गैस पैडल (एलपीए) को चलाने के लिए पर्याप्त नहीं है।
एटीएपी का हिस्सा, बेला सेंटर के अनुसंधान वैज्ञानिक बताते हैं, "जबकि फाइबर लेजर सिस्टम उच्चतम इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल पावर दक्षता प्रदान करते हैं - इन प्रणालियों में प्रवर्धित अल्ट्राशॉर्ट लेजर पल्स का स्पेक्ट्रम संकीर्ण हो जाता है।"
"जब लेजर पल्स को इस तरह से बढ़ाया जाता है, तो लाभ संकुचन एक मौलिक प्रभाव होता है; पल्स का स्पेक्ट्रम जितना संकीर्ण होगा, अवधि उतनी ही लंबी होगी। परिणामस्वरूप, उच्च शक्ति फाइबर लेजर के लिए 100 से कम पल्स उत्पन्न करना बहुत चुनौतीपूर्ण है सेकंड।"
हालाँकि, आसन्न तरंग दैर्ध्य रेंज में काम करने वाले कई लेजर दालों को वर्णक्रमीय रूप से संयोजित करके, टीम (इंजीनियरिंग के कियांग डू और एटीएपी के डैन वांग और रसेल विलकॉक्स सहित) ने एक अल्ट्रा-वाइड संयुक्त स्पेक्ट्रम हासिल किया जो दसियों सेकंड की बहुत छोटी दालों का समर्थन करने में सक्षम है।
बैंडविड्थ बढ़ाने और दसियों सेकंड लंबे पल्स उत्पन्न करने के लिए, शोधकर्ताओं ने पहले 100 मेगाहर्ट्ज की पुनरावृत्ति दर पर 120- सेकंड पल्स उत्पन्न करने के लिए एक मोड-लॉक ऑसिलेटर और एक येटरबियम-डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर (YDFA) का उपयोग किया। उन्हें एक फोटोनिक क्रिस्टल फाइबर में भेजा गया, और इन लेजर दालों का स्पेक्ट्रम 27 नैनोमीटर (एनएम) से 90 एनएम तक विस्तारित हुआ।
फिर उन्होंने एक डाइक्रोइक दर्पण का उपयोग किया, जो लेजर दालों को तीव्रता के महत्वपूर्ण नुकसान के बिना अलग या संयोजित करने की अनुमति देता है, इस प्रकार दालों को वर्णक्रमीय रूप से विभाजित करता है। फिर उन्हें संबंधित पल्स स्पेक्ट्रा की तीव्रता और चरण को आकार देने के लिए दो पल्स शेपर्स में भेजा गया। जब परावर्तित दालों को पहले शेपर में भेजा जाता है, तो उत्सर्जित दालों को YDFA द्वारा प्रवर्धित किया जाता है, दालों को दूसरे शेपर द्वारा बनाया जाता है, और आगे दूसरे डाइक्रोइक दर्पण द्वारा विभाजित किया जाता है। फ़ाइबर लेज़र से तीन चहचहाती दालों को फिर अतिरिक्त डाइक्रोइक दर्पणों का उपयोग करके प्रवर्धित और पुनर्संयोजित किया जाता है।
सिंथेटिक पल्स शेपिंग के साथ संयुक्त यह अल्ट्रा-ब्रॉडबैंड स्पेक्ट्रम केवल 42 सेकंड की अवधि के साथ दालों का उत्पादन करता है, जो तीन फाइबर चैनलों द्वारा उत्पादित दालों की तुलना में बहुत कम है। टीम के अनुसार, यह वर्णक्रमीय रूप से संयुक्त येटरबियम फाइबर लेजर प्रणाली से प्राप्त सबसे कम पल्स लेजर अवधि है।
हालांकि इस काम ने अब तक कम ऊर्जा पर अल्ट्राफास्ट पल्स का प्रदर्शन किया है, यह अल्ट्रावाइडबैंड स्पेक्ट्रल संयोजन और सुसंगत स्पेक्ट्रल संश्लेषण पल्स आकार देने के प्रमुख सिद्धांतों को दर्शाता है, और लेजर प्लाज्मा गैस पैडल (एलपीए) को चलाने के लिए फाइबर लेजर के उपयोग में एक सफलता प्रदान करता है। भविष्य में, टीम अधिक प्रवर्धन चरणों को जोड़ने और बहुआयामी तकनीकों को लागू करने की योजना बना रही है जो स्थानिक, अस्थायी और वर्णक्रमीय रूप से फाइबर लेजर के संयोजन से दसियों सेकंड उच्च-ऊर्जा लेजर पल्स उत्पन्न करने में सक्षम हैं।