अॅटोसेकंद विज्ञानासाठी अतिवेगवान लेझर

अति वेगवान लेझरअॅटोसेकंद विज्ञानासाठी
सध्या, अॅटोसेकंद स्पंद प्रामुख्याने तीव्र क्षेत्रांद्वारे चालविलेल्या उच्च-क्रम हार्मोनिक निर्मिती (HHG) द्वारे मिळवले जातात. त्यांच्या निर्मितीचे सार असे समजू शकते की, तीव्र लेझर विद्युत क्षेत्राद्वारे इलेक्ट्रॉनचे आयनीकरण, प्रवेग आणि पुनर्संयोजन होऊन ऊर्जा मुक्त होते, ज्यामुळे अॅटोसेकंद XUV स्पंदांचे उत्सर्जन होते.
त्यामुळे, अ‍ॅटोसेकंद आउटपुट हे पल्सची रुंदी, ऊर्जा, तरंगलांबी आणि पुनरावृत्ती दर यांप्रति अत्यंत संवेदनशील असते.लेझर चालवणे(अतिवेगवान लेझर): अ‍ॅटोसेकंद पल्स वेगळे करण्यासाठी लहान पल्स रुंदी फायदेशीर ठरते, उच्च ऊर्जेमुळे आयनीकरण आणि कार्यक्षमता सुधारते, लांब तरंगलांबीमुळे कटऑफ ऊर्जा वाढते परंतु रूपांतरण कार्यक्षमता लक्षणीयरीत्या कमी होते, आणि उच्च पुनरावृत्ती दरामुळे सिग्नल-टू-नॉइज रेशो सुधारतो परंतु तो एकल पल्स ऊर्जेमुळे मर्यादित असतो. विविध अनुप्रयोगांमध्ये (जसे की इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी, एक्स-रे शोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी, संयोग गणना, इत्यादी) अ‍ॅटोसेकंद पल्स इंडेक्सवर वेगवेगळा भर दिला जातो, ज्यामुळे लेझर चालवण्यासाठी भिन्न आणि व्यापक आवश्यकता निर्माण होतात. अ‍ॅटोसेकंद विज्ञानामध्ये वापरासाठी लेझर चालवण्याची कार्यक्षमता सुधारणे अत्यंत महत्त्वाचे आहे.

लेझर चालवण्याची कार्यक्षमता वाढवण्यासाठी चार मुख्य तांत्रिक मार्ग (अतिवेगवान लेझर)
१. उच्च ऊर्जा: HHG च्या कमी रूपांतरण कार्यक्षमतेवर मात करण्यासाठी आणि उच्च-थ्रुपुट अॅटोसेकंद पल्स मिळवण्यासाठी याची रचना केली आहे. तांत्रिक उत्क्रांती पारंपरिक चिर्प्ड पल्स अॅम्प्लिफिकेशन (CPA) पासून ऑप्टिकल पॅरामीट्रिक अॅम्प्लिफिकेशन कुटुंबाकडे वळली आहे, ज्यामध्ये ऑप्टिकल पॅरामीट्रिक चिर्प्ड पल्स अॅम्प्लिफिकेशन (OPCPA), ड्युअल चिर्प्ड OPA (DC-OPA), फ्रिक्वेन्सी डोमेन OPA (FOPA), आणि क्वासी फेज मॅचिंग OPCPA (QPCPA) यांचा समावेश आहे. पुढे, सिंगल चॅनल अॅम्प्लिफायर्सच्या भौतिक मर्यादा, जसे की औष्णिक परिणाम आणि नॉनलाइनर नुकसान, यांवर मात करण्यासाठी आणि जूल स्तरावरील ऊर्जा आउटपुट मिळवण्यासाठी कोहेरेंट बीम सिंथेसिस (CBC) आणि पल्स स्प्लिटिंग अॅम्प्लिफिकेशन (DPA) या संश्लेषण तंत्रांना एकत्रित केले आहे.
२. लहान पल्स रुंदी: इलेक्ट्रॉनिक डायनॅमिक्सचे विश्लेषण करण्यासाठी वापरता येणारे विलग अ‍ॅटोसेकंद पल्स निर्माण करण्यासाठी डिझाइन केलेले, ज्यासाठी कमी किंवा अगदी उप-आवर्ती ड्रायव्हिंग पल्स आणि स्थिर कॅरियर एनव्हलप फेज (CEP) आवश्यक असते. मुख्य तंत्रज्ञानामध्ये पल्स रुंदी अत्यंत लहान करण्यासाठी हॉलो कोअर फायबर (HCF), मल्टी थिन फिल्म (MPSC), आणि मल्टी-चॅनल कॅव्हिटी (MPC) यांसारख्या नॉनलाइनर पोस्ट कॉम्प्रेशन तंत्रांचा वापर करणे समाविष्ट आहे. CEP स्थिरता f-2f इंटरफेरोमीटर वापरून मोजली जाते आणि ती सक्रिय फीडबॅक/फीडफॉरवर्ड (जसे की AOFS, AOPDF) किंवा फ्रिक्वेन्सी फरक प्रक्रियांवर आधारित निष्क्रिय सर्व-ऑप्टिकल स्व-स्थिरीकरण यंत्रणांद्वारे साध्य केली जाते.
३. अधिक लांब तरंगलांबी: जैवरेणूंच्या प्रतिमांकनासाठी ॲटोसेकंद फोटॉन ऊर्जेला “वॉटर विंडो” बँडपर्यंत पोहोचवण्यासाठी तयार केलेले. याचे तीन प्रमुख तांत्रिक मार्ग आहेत:
ऑप्टिकल पॅरामीट्रिक अॅम्प्लिफिकेशन (OPA) आणि त्याची कॅस्केड: 1-5 μm तरंगलांबीच्या श्रेणीमध्ये हा मुख्य उपाय आहे, ज्यामध्ये BiBO आणि MgO: LN सारखे क्रिस्टल्स वापरले जातात; 5 μm तरंगलांबी बँडसाठी ZGP आणि LiGaS ₂ सारखे क्रिस्टल्स आवश्यक आहेत.
डिफरेंशियल फ्रिक्वेन्सी जनरेशन (DFG) आणि इंट्रा पल्स डिफरेंशियल फ्रिक्वेन्सी (IPDFG): पॅसिव्ह CEP स्थिरतेसह सीड सोर्स प्रदान करू शकतात.
थेट लेझर तंत्रज्ञान, जसे की Cr: ZnS/Se संक्रमण धातू मिश्रित चॅल्कोजेनाइड लेझर्स, हे "मध्य अवरक्त टायटॅनियम नीलम" म्हणून ओळखले जाते आणि त्यात संक्षिप्त रचना आणि उच्च कार्यक्षमता हे फायदे आहेत.
४. उच्च पुनरावृत्ती दर: सिग्नल-टू-नॉईज रेशो आणि डेटा संपादन कार्यक्षमता सुधारणे, तसेच स्पेस चार्ज परिणामांच्या मर्यादा दूर करणे हे उद्दिष्ट आहे. दोन मुख्य मार्ग:
अनुनाद वर्धित कॅव्हिटी तंत्रज्ञान: HHG चालवण्यासाठी मेगाहर्ट्झ स्तरावरील पुनरावर्ती वारंवारता स्पंदांची शिखर शक्ती वाढवण्यासाठी उच्च-सुस्पष्टता अनुनादी कॅव्हिटींचा वापर करणे, हे XUV फ्रिक्वेन्सी कॉम्ब्ससारख्या क्षेत्रांमध्ये लागू केले गेले आहे, परंतु विलग अ‍ॅटोसेकंद स्पंद निर्माण करणे हे अजूनही एक आव्हान आहे.
उच्च पुनरावृत्ती दर आणिउच्च-शक्ती लेझरडायरेक्ट ड्राइव्ह, ज्यामध्ये OPCPA, नॉनलाइनर पोस्ट कॉम्प्रेशनसह फायबर CPA, आणि थिन फिल्म ऑसिलेटर यांचा समावेश आहे, याने 100 kHz च्या पुनरावृत्ती दराने आयसोलेटेड अॅटोसेकंद पल्स निर्मिती साध्य केली आहे.