एसजेडटीयू अनुसंधान दल ने एटोसेकंड पल्स में सुसंगत विकिरण के नए तंत्र की खोज की

हाल ही में, शेन्ज़ेन प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय (एसजेडयूटी) के प्रो. रुआन शुआंगचेन और प्रो. झोउ कंगताओ की टीम ने दुनिया में पहली बार सुपरल्यूमिनल प्लाज्मा टेल फील्ड से एटोसेकंड पल्स और उपचक्र सुसंगत ऑप्टिकल शॉक उत्पन्न करने के लिए एक भौतिक योजना का प्रस्ताव दिया है। और सुसंगत विकिरण उत्पन्न करने के लिए एक नए तंत्र की व्याख्या की जो इलेक्ट्रॉनों की सामूहिक क्रिया पर हावी है। शोध के परिणाम शीर्ष अंतरराष्ट्रीय भौतिकी पत्रिका फिजिकल रिव्यू लेटर्स में "सुपरल्यूमिनल प्लाज्मा वेक से सुसंगत उपचक्र ऑप्टिकल शॉक" शीर्षक के तहत प्रकाशित किए गए थे। सहायक प्रोफेसर हाओ पेंग पेपर के पहले लेखक हैं, और प्रोफेसर ताइवु हुआंग, कंगताओ झोउ और शुआंगशेन रुआन सह-संबंधित लेखक हैं।
विद्युत चुम्बकीय तरंग विकिरण हमारे जीवन में हर जगह देखा जा सकता है और हमारे जीवन से निकटता से संबंधित है, जैसे दृश्य बैंड में सूरज की रोशनी और रोशनी, माइक्रोवेव बैंड में सेल फोन और वाईफ़ाई सिग्नल, चरम पराबैंगनी बैंड में फोटोलिथोग्राफी प्रकाश स्रोत और एक्स-रे उच्च-ऊर्जा बैंड में. हालाँकि, प्रकृति में अधिकांश प्रकाश गैर-सुसंगत प्रकाश है, जिसमें जटिल आवृत्तियाँ, बहुत व्यापक स्थानिक संकेत और अराजक चरण होते हैं। पहला सुसंगत प्रकाश स्रोत, लेज़र, का आविष्कार 1960 के दशक में किया गया था। सुसंगत प्रकाश के लिए, इसमें मौजूद वर्णक्रमीय घटकों की सुसंगतता के कारण, प्रत्येक घटक का चरण अंतर तय होता है, इसलिए प्रकाश दालों के मॉड्यूलेशन और संपीड़न का एहसास करना संभव है, ताकि बहुत कम समय के साथ एक सुसंगत प्रकाश स्रोत प्राप्त किया जा सके। अवधि और बहुत उच्च शिखर शक्ति।
लेजर जैसे सुसंगत प्रकाश स्रोत उनके परिचय के तुरंत बाद सर्वव्यापी हो गए, और लेजर के महत्वपूर्ण अनुप्रयोग वैज्ञानिक अनुसंधान, उद्योग और सेना से लेकर संचार, मनोरंजन और कला के साथ-साथ हमारे दैनिक जीवन में हर जगह पाए जा सकते हैं। लेजर तकनीक के विकास और इसके अनुप्रयोगों ने कई नोबेल पुरस्कारों को भी जन्म दिया है, जैसे कि भौतिकी में 2018 का नोबेल पुरस्कार जेरार्ड मौरौ और प्रोफेसर डोना स्ट्रिकलैंड को चिरप्ड-पल्स लेजर एम्प्लीफिकेशन के आविष्कार के लिए दिया गया, जिसने लेजर को बढ़ाया है। चमक (शक्ति घनत्व) परिमाण के लगभग 10 क्रमों से, सूर्य के प्रकाश की चमक से परिमाण के लगभग 21 क्रमों से अधिक; जबकि इस वर्ष का भौतिकी का नोबेल पुरस्कार पियरे एगोस्टिनी, फेरेंक क्रूज़ और प्रो. ऐनी एल'हुइलियर को दिया गया, जो प्रकाश के एटोसेकंड पल्स के आविष्कारक थे, जो परमाणुओं और अणुओं के आंतरिक विकास की छवियों को पकड़ने के लिए काफी छोटे हैं।

(ए) प्रकृति में प्रकाश स्रोत; (बी) मानव द्वारा निर्मित सुसंगत प्रकाश स्रोत - लेजर; (सी) सुपरसोनिक हवाई जहाज के कारण ध्वनिक उत्तेजना; (डी) विकिरण स्रोत द्वारा उत्तेजना उत्पन्न करने के सिद्धांत का योजनाबद्ध आरेख।
सुसंगत प्रकाश स्रोतों की पीढ़ी की कुंजी चरण-लॉकिंग है, अर्थात, ताकि विकिरण में शामिल प्रत्येक सूक्ष्म कण के बीच का चरण समान हो, लेजर का निर्माण आइंस्टीन द्वारा सामने रखे गए उत्तेजित विकिरण के सिद्धांत पर आधारित है। , अर्थात्, उलटे परमाणुओं के कणों की संख्या आपतित फोटॉन चरण के साथ फोटॉन के आपतित फोटॉन के अनुरूप जारी की जाएगी; और मुक्त-इलेक्ट्रॉन लेजर, ऐसा मेगा-वैज्ञानिक उपकरण इलेक्ट्रॉनों के बीम प्रभाव के सूक्ष्म-एकत्रीकरण पर आधारित है, जो यह सुनिश्चित करता है कि प्रत्येक इलेक्ट्रॉन की गति एक ही चरण में हो। प्रकृति में, तरंगों के लिए एक और चरण-लॉकिंग तंत्र मौजूद है - उत्तेजना। उदाहरण के लिए, जब एक सुपरसोनिक हवाई जहाज हवा में ध्वनि की गति से भी तेज गति से यात्रा करता है तो ध्वनिक उत्तेजना उत्पन्न होती है, क्योंकि एक विशेष कोण (चेरेनकोव कोण) के साथ चरण मोर्चा चरण-लॉक होता है जब हवाई जहाज के सिर द्वारा विभिन्न क्षणों में उत्पन्न ध्वनि तरंगें होती हैं एक गोलाकार तरंग अग्रभाग में बाहर की ओर फैला हुआ। इसी प्रकार, यदि किसी विकिरण स्रोत को प्रकाश की गति से अधिक करने की अनुमति दी जाती है, तो एक नए प्रकार के सुसंगत विद्युत चुम्बकीय तरंग विकिरण, ऑप्टिकल उत्तेजना, का उत्पादन किया जा सकता है। हालाँकि, विकिरण के उसी स्रोत को निर्वात में प्रकाश की गति से अधिक बनाना असंभव है, क्योंकि विशेष सापेक्षता हमें बताती है कि किसी भी वस्तु की गति "प्रकाश की गति से अधिक नहीं" हो सकती है।
हाल के वर्षों में, शेन्ज़ेन प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय की शोध टीम घरेलू विश्वविद्यालयों में उपकरणों की पहली बड़े पैमाने पर सुपर-तीव्र लेजर व्यापक प्रयोगात्मक मंच (उच्च शक्ति नैनोसेकंड-पिकोसेकंड-फेमटोसेकंड लेजर डिवाइस) - चेनगुआंग श्रृंखला के निर्माण को सख्ती से बढ़ावा दे रही है। . इस प्लेटफ़ॉर्म की एक महत्वपूर्ण अनुसंधान दिशा नए सुसंगत विकिरण प्रकाश स्रोत विकसित करना और संबंधित अनुप्रयोग अनुसंधान करना है। हाल ही में, टीम ने सुसंगत विकिरण के मूल सिद्धांत से इलेक्ट्रॉनों की सामूहिक कार्रवाई के आधार पर एक नया सुसंगत विकिरण तंत्र प्रस्तावित किया है: धीरे-धीरे ऊपर की ओर घनत्व ढाल के साथ प्लाज्मा के साथ एक सापेक्ष इलेक्ट्रॉन किरण की बातचीत के माध्यम से, धीरे-धीरे एक प्लाज्मा रिक्तिका घटते आकार को उत्तेजित किया जा सकता है (रिधानिका का आकार प्लाज्मा के घनत्व से नकारात्मक रूप से सहसंबद्ध होता है), और विभिन्न स्थितियों में प्लाज्मा इलेक्ट्रॉन रिक्तिका के अंत में पलटाव करते हैं और रिक्तिका के अंत में विकिरण करते हैं, अनुदैर्ध्य आकार के कारण रसधानी. विभिन्न स्थानों पर प्लाज्मा इलेक्ट्रॉन बुलबुले के अंत से उछलते हैं और वहां विकिरण करते हैं। जैसे-जैसे बुलबुले का अनुदैर्ध्य आकार धीरे-धीरे कम होता जाता है, इसकी पूंछ की सामूहिक गति ड्राइविंग इलेक्ट्रॉन किरण (प्रकाश की गति के करीब) की गति से अधिक होती है, जो "सुपरल्यूमिनल" की स्थिति प्राप्त करती है, और इस प्रकार विकिरण होता है यहां उत्पन्न विभिन्न इलेक्ट्रॉनों को चेरेनकोव कोण के साथ ऑप्टिकल उत्तेजना बनाने के लिए सुसंगत रूप से आरोपित किया जाता है। विकिरण प्रकाश स्रोत में बहुत ही अद्वितीय गुण हैं: न केवल पल्स चौड़ाई बेहद कम है, एटोसेकंड स्केल तक पहुंचती है, और तीव्रता बहुत अधिक है, प्रसार दूरी के वर्ग के आनुपातिक है, बल्कि इसमें उत्कृष्ट स्थानिक दिशा, बहुत छोटा कोणीय फैलाव भी है , स्थिर वाहक लिफ़ाफ़ा चरण, और अल्ट्रा-वाइड फ़्रीक्वेंसी ट्यूनिंग रेंज।

(ए) एक सापेक्ष इलेक्ट्रॉन किरण का योजनाबद्ध आरेख जो प्लाज्मा से टकराता है और रिक्तिका के अंतिम छोर पर एक ऑप्टिकल उत्तेजना तरंग उत्पन्न करता है; (बी) एक सुपरल्यूमिनस रिक्तिका के अंतिम छोर पर ऑप्टिकल उत्तेजना तरंग विकिरण, जैसा कि एक बड़े सुपरकंप्यूटिंग संख्यात्मक सिमुलेशन में देखा गया है।
उपरोक्त कार्य एक इलेक्ट्रॉन बीम द्वारा संचालित एक नए सुसंगत विकिरण तंत्र को दर्शाता है, जो शास्त्रीय सुसंगत विकिरण सिद्धांत की सीमा को तोड़ता है जिसके लिए इलेक्ट्रॉन बीम का आकार विकिरण तरंग दैर्ध्य से बहुत छोटा होना आवश्यक है। इस बीच, यह कार्य सुसंगत प्रकाश स्रोत उत्पादन के लिए एक सरल और व्यवहार्य भौतिक प्रयोगात्मक योजना प्रदान करता है, जिससे टेबलटॉप आकार में उच्च गुणवत्ता वाले एटोसेकंड उप-आवधिक लेजर दालों को उत्पन्न करने की उम्मीद है, जिसका जीवित ऊतकों और कोशिकाओं के एटोसेकंड स्पेक्ट्रोस्कोपी पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ेगा। अल्ट्राफास्ट आणविक हेरफेर और निदान, इलेक्ट्रॉनिक एटोसेकंड डायनेमिक्स मेट्रोलॉजी, और बीट-हर्ट्ज आवृत्ति की अल्ट्राहाई-फ़्रीक्वेंसी सिग्नल प्रोसेसिंग, और अन्य अनुप्रयुक्त अनुसंधान। इसके अलावा, इस कार्य ने चीन में दूर-क्षेत्र समय-डोमेन सुसंगत विकिरण के लिए पहला समानांतर कंप्यूटिंग कार्यक्रम विकसित किया है, पारंपरिक सिमुलेशन विधियों में संख्यात्मक फैलाव और निकट और दूर-क्षेत्र परिवर्तन शोर की बाधा समस्याओं को हल किया है, और उच्च समय का एहसास किया है -उच्च-आवृत्ति विकिरण के अंतरिक्ष-संकल्पित आत्मनिर्भर सिमुलेशन, साथ ही नए सुसंगत विकिरण स्रोतों के विकास के लिए एक नई तकनीकी विधि प्रदान की गई।
फिजिकल रिव्यू लेटर्स में दिसंबर 2021 और मई 2023 के प्रकाशनों के बाद, यह परिणाम शेन्ज़ेन यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी की उच्च ऊर्जा घनत्व भौतिकी अनुसंधान टीम द्वारा बनाई गई इलेक्ट्रॉन बीम-संचालित सुसंगत विकिरण पीढ़ी में एक और महत्वपूर्ण सफलता है। उल्लेखनीय है कि पुर्तगाली वैज्ञानिकों ने टीम के साथ लगभग एक ही समय में एक समान भौतिक तंत्र और योजना का प्रस्ताव रखा था, और संबंधित कार्य को नेचर के तहत एक पत्रिका, नेचर फोटोनिक्स द्वारा स्वीकार कर लिया गया था।
इस शोध को चीन के विज्ञान और प्रौद्योगिकी मंत्रालय के प्रमुख अनुसंधान और विकास कार्यक्रम, चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (एनएसएफसी), शेन्ज़ेन कुंजी प्रयोगशाला स्थापना कार्यक्रम और शेन्ज़ेन उत्कृष्ट युवा निधि कार्यक्रम द्वारा वित्त पोषित और समर्थित किया गया था। सिमुलेशन कार्य शेन्ज़ेन प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के उन्नत सामग्री परीक्षण प्रौद्योगिकी अनुसंधान केंद्र के लगभग ट्रिलियन गुना/सेकेंड सुपरकंप्यूटिंग सिमुलेशन प्लेटफॉर्म पर किया गया था।