RIKEN के दो भौतिकविदों ने 6 टेरावाट (6 ट्रिलियन वाट) की अधिकतम शक्ति के साथ बेहद कम लेजर पल्स का एहसास किया है - जो लगभग 6, 000 परमाणु ऊर्जा संयंत्रों द्वारा उत्पन्न बिजली के बराबर है। यह उपलब्धि, जो एटोसेकंड लेजर के आगे के विकास में योगदान देगी, ने तीन शोधकर्ताओं को भौतिकी में 2023 का नोबेल पुरस्कार दिलाया है। यह अध्ययन नेचर फोटोनिक्स जर्नल में प्रकाशित हुआ था।
जिस तरह एक कैमरा फ्लैश तेजी से चलने वाली वस्तुओं को "फ्रीज" कर सकता है, जिससे ऐसा प्रतीत हो सकता है जैसे कि वे किसी तस्वीर में स्थिर खड़े हों, बहुत कम लेजर पल्स अल्ट्राफास्ट प्रक्रियाओं को रोशन करने में मदद कर सकते हैं, जिससे वैज्ञानिकों को उनकी छवि बनाने और उनका पता लगाने का एक शक्तिशाली तरीका मिल जाता है।
उदाहरण के लिए, एटोसेकंड (1 एटोसेकंड=10-18 सेकंड) के क्रम पर लेजर पल्स इतने छोटे होते हैं कि वे परमाणुओं और अणुओं में इलेक्ट्रॉनों की गति को प्रकट कर सकते हैं, जिससे रासायनिक और जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं के विकास की खोज करने का एक नया तरीका प्रदान किया जा सकता है। यहां तक कि प्रकाश भी इतने कम समय के पैमाने पर रेंगने में सक्षम प्रतीत होता है, एक नैनोमीटर से गुजरने में लगभग 3 आर्सेक का समय लगता है।
RIKEN के सेंटर फॉर एडवांस्ड फोटोनिक्स (RAP) के इजी ताकाहाशी ने कहा, "इलेक्ट्रॉनों की गति को कैप्चर करके, एटोसेकंड लेजर बुनियादी विज्ञान में महत्वपूर्ण योगदान देते हैं," और उनसे अवलोकन सहित कई क्षेत्रों में अनुप्रयोग होने की उम्मीद है। जैविक कोशिकाओं का विकास, नई सामग्रियों का विकास और चिकित्सीय स्थितियों का निदान।"
अधिक प्रभावशाली
हालाँकि, हालांकि अल्ट्राशॉर्ट लेजर पल्स बनाना संभव है, लेकिन उनमें प्रभाव की कमी होती है और उनमें ऊर्जा कम होती है। ईजी ताकाहाशी कहते हैं, अल्ट्राशॉर्ट, उच्च-ऊर्जा लेजर पल्स बनाने से उनके संभावित उपयोग में काफी वृद्धि होगी: "एटोसेकंड लेजर की वर्तमान आउटपुट ऊर्जा बेहद कम है। इसलिए, यदि उन्हें प्रकाश स्रोतों के रूप में उपयोग किया जाना है तो उनकी आउटपुट ऊर्जा बढ़ाना महत्वपूर्ण है क्षेत्रों की विस्तृत श्रृंखला।"
जिस तरह ध्वनि संकेतों को बढ़ाने के लिए ऑडियो एम्पलीफायरों का उपयोग किया जाता है, उसी तरह लेजर भौतिक विज्ञानी लेजर पल्स की ऊर्जा को बढ़ाने के लिए ऑप्टिकल एम्पलीफायरों का उपयोग करते हैं। ये एम्पलीफायर आमतौर पर नॉनलाइनियर क्रिस्टल का उपयोग करते हैं जो विशेष रूप से प्रकाश पर प्रतिक्रिया करते हैं। हालाँकि, यदि इन क्रिस्टलों का उपयोग एकल-चक्र लेजर पल्स को बढ़ाने के लिए किया जाता है, तो वे अपूरणीय क्षति हो सकती है। एकल-चक्र लेज़र स्पंदन इतने छोटे होते हैं कि प्रकाश के पूर्ण तरंग दैर्ध्य चक्र में दोलन करने से पहले ही स्पंद समाप्त हो जाता है।
इजी ताकाहाशी ने कहा, "उच्च-ऊर्जा, अल्ट्राफास्ट इन्फ्रारेड लेजर स्रोतों के विकास में सबसे बड़ी बाधा एकल-चक्र लेजर पल्स को सीधे बढ़ाने के लिए एक प्रभावी विधि की कमी है।" -चक्र लेज़र पल्स ऊर्जा।"
एक नया कीर्तिमान स्थापित कर रहा है
हालाँकि, यह अड़चन अब टूट गई है। उन्होंने एकल-चक्र पल्स को 50 मिलीजूल से अधिक तक बढ़ाया है, जो पिछले सर्वोत्तम परिणाम से 50 गुना अधिक है। क्योंकि परिणामी लेज़र पल्स बहुत कम हैं, यह ऊर्जा कुछ टेरावाट की अविश्वसनीय रूप से उच्च शक्ति में तब्दील हो जाती है।
ताकाहाशी ने कहा, "हमने प्रदर्शित किया है कि एकल-चक्र लेजर पल्स को बढ़ाने के लिए एक कुशल विधि स्थापित करके बाधा को कैसे दूर किया जाए।"
उनकी विधि, जिसे उन्नत डबली चिरप्ड ऑप्टिकल पैरामीट्रिक एम्प्लीफिकेशन (डीसी-ओपीए) कहा जाता है, बहुत सरल है और इसमें केवल दो क्रिस्टल शामिल हैं जो स्पेक्ट्रम के पूरक क्षेत्रों को बढ़ाते हैं।
ताकाहाशी ने कहा, "एकल-चक्र लेजर पल्स को बढ़ाने के लिए उन्नत डीसी-ओपीए इतना सरल है कि यह सिर्फ दो नॉनलाइनियर क्रिस्टल के संयोजन पर आधारित है - ऐसा लगता है कि कोई भी एक विचार के साथ आ सकता है। यह मुझे आश्चर्यचकित करता है कि इतनी सरल अवधारणा प्रदान करती है एक नई प्रवर्धन तकनीक और उच्च-ऊर्जा अल्ट्राफास्ट लेजर के विकास में एक सफलता।"
महत्वपूर्ण बात यह है कि उन्नत डीसी-ओपीए तरंग दैर्ध्य की एक बहुत विस्तृत श्रृंखला पर काम करता है। टीम तरंग दैर्ध्य के दोगुने से अधिक अंतर के साथ दालों को बढ़ाने में सक्षम थी। ताकाहाशी ने कहा, "इस नई पद्धति में क्रांतिकारी विशेषता है कि प्रवर्धन बैंडविड्थ आउटपुट ऊर्जा स्केलिंग विशेषताओं को प्रभावित किए बिना अल्ट्रा-वाइड आवृत्ति आउटपुट की अनुमति देता है।"
नवीन प्रवर्धन तकनीक
उनकी तकनीक एक अन्य ऑप्टिकल पल्स एम्प्लीफिकेशन तकनीक का एक प्रकार है जिसे "चिरप्ड-पल्स एम्प्लीफिकेशन" कहा जाता है, जिसके लिए अमेरिका, फ्रांस और कनाडा के तीन शोधकर्ताओं को 2018 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। लेजर विकास को चलाने वाली प्रौद्योगिकियों में से एक है लेजर का.
ताकाहाशी को उम्मीद है कि उनकी तकनीक एटोसेकंड लेजर के विकास को और आगे बढ़ाएगी: 'हमने सफलतापूर्वक एक नई लेजर प्रवर्धन विधि विकसित की है जो एकल-चक्र लेजर पल्स की तीव्रता को टेरावाट पीक पावर तक बढ़ा सकती है,' उन्होंने कहा, 'और इसमें कोई संदेह नहीं है यह उच्च-शक्ति एटोसेकंड लेजर के विकास में एक बड़ी छलांग है।"
लंबे समय में, उनका लक्ष्य एटोसेकंड लेजर से आगे जाकर और भी छोटी पल्स बनाना है।
