അറ്റോസെക്കൻഡ് സയൻസിനുള്ള അൾട്രാ ഫാസ്റ്റ് ലേസർ

അൾട്രാ ഫാസ്റ്റ് ലേസർഅറ്റോസെക്കൻഡ് സയൻസിന്
നിലവിൽ, ശക്തമായ ഫീൽഡുകളാൽ നയിക്കപ്പെടുന്ന ഉയർന്ന ഓർഡർ ഹാർമോണിക് ജനറേഷൻ (HHG) വഴിയാണ് അറ്റോസെക്കൻഡ് പൾസുകൾ പ്രധാനമായും ലഭിക്കുന്നത്. ശക്തമായ ലേസർ വൈദ്യുത മണ്ഡലം ഉപയോഗിച്ച് ഇലക്ട്രോണുകൾ അയോണീകരിക്കപ്പെടുകയും, ത്വരിതപ്പെടുത്തുകയും, പുനഃസംയോജിപ്പിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്ത് ഊർജ്ജം പുറത്തുവിടുകയും അതുവഴി അറ്റോസെക്കൻഡ് XUV പൾസുകൾ പുറപ്പെടുവിക്കുകയും ചെയ്യുന്നതായി അവയുടെ ഉൽപ്പാദനത്തിന്റെ സാരാംശം മനസ്സിലാക്കാം.
അതിനാൽ, അറ്റോസെക്കൻഡ് ഔട്ട്പുട്ട് പൾസ് വീതി, ഊർജ്ജം, തരംഗദൈർഘ്യം, ആവർത്തന നിരക്ക് എന്നിവയോട് വളരെ സെൻസിറ്റീവ് ആണ്.ഡ്രൈവിംഗ് ലേസർ(അൾട്രാ ഫാസ്റ്റ് ലേസർ): അറ്റോസെക്കൻഡ് പൾസുകളെ വേർതിരിക്കുന്നതിന് കുറഞ്ഞ പൾസ് വീതി ഗുണം ചെയ്യും, ഉയർന്ന ഊർജ്ജം അയോണൈസേഷനും കാര്യക്ഷമതയും മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു, ദൈർഘ്യമേറിയ തരംഗദൈർഘ്യം കട്ട്ഓഫ് എനർജി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു, പക്ഷേ പരിവർത്തന കാര്യക്ഷമതയെ ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കുന്നു, ഉയർന്ന ആവർത്തന നിരക്ക് സിഗ്നൽ-ടു-നോയ്‌സ് അനുപാതം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു, പക്ഷേ ഒറ്റ പൾസ് എനർജിയാൽ പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു. വ്യത്യസ്ത ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് (ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി, എക്സ്-റേ അബ്സോർപ്ഷൻ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി, യാദൃശ്ചികതയുടെ എണ്ണൽ മുതലായവ) അറ്റോസെക്കൻഡ് പൾസ് സൂചികയിൽ വ്യത്യസ്ത ഊന്നലുകൾ ഉണ്ട്, ഇത് ഡ്രൈവിംഗ് ലേസറുകൾക്ക് വ്യത്യസ്തവും സമഗ്രവുമായ ആവശ്യകതകൾ മുന്നോട്ട് വയ്ക്കുന്നു. അറ്റോസെക്കൻഡ് സയൻസിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നതിന് ഡ്രൈവിംഗ് ലേസറുകളുടെ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നത് നിർണായകമാണ്.

ഡ്രൈവിംഗ് ലേസറുകളുടെ (അൾട്രാ ഫാസ്റ്റ് ലേസർ) പ്രകടനം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള നാല് പ്രധാന സാങ്കേതിക വഴികൾ.
1. ഉയർന്ന ഊർജ്ജം: HHG യുടെ കുറഞ്ഞ പരിവർത്തന കാര്യക്ഷമതയെ മറികടക്കുന്നതിനും ഉയർന്ന ത്രൂപുട്ട് അറ്റോസെക്കൻഡ് പൾസുകൾ നേടുന്നതിനുമായി രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌തിരിക്കുന്നു. പരമ്പരാഗത ചിർപ്പ്ഡ് പൾസ് ആംപ്ലിഫിക്കേഷനിൽ (CPA) നിന്ന് ഒപ്റ്റിക്കൽ പാരാമെട്രിക് ചിർപ്പ്ഡ് പൾസ് ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ (OPCPA), ഡ്യുവൽ ചിർപ്പ്ഡ് OPA (DC-OPA), ഫ്രീക്വൻസി ഡൊമെയ്ൻ OPA (FOPA), ക്വാസി ഫേസ് മാച്ചിംഗ് OPCPA (QPCPA) എന്നിവയുൾപ്പെടെ ഒപ്റ്റിക്കൽ പാരാമെട്രിക് ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ കുടുംബത്തിലേക്ക് സാങ്കേതിക പരിണാമം മാറിയിരിക്കുന്നു. തെർമൽ ഇഫക്റ്റുകൾ, നോൺ-ലീനിയർ കേടുപാടുകൾ എന്നിവ പോലുള്ള സിംഗിൾ ചാനൽ ആംപ്ലിഫയറുകളുടെ ഭൗതിക പരിമിതികളെ മറികടക്കുന്നതിനും ജൂൾ ലെവൽ എനർജി ഔട്ട്‌പുട്ട് നേടുന്നതിനും കോഹെറന്റ് ബീം സിന്തസിസും (CBC) പൾസ് സ്പ്ലിറ്റിംഗ് ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ (DPA) സിന്തസിസ് ടെക്നിക്കുകളും കൂടുതൽ സംയോജിപ്പിക്കുന്നു.
2. കുറഞ്ഞ പൾസ് വീതി: ഇലക്ട്രോണിക് ഡൈനാമിക്സ് വിശകലനം ചെയ്യാൻ ഉപയോഗിക്കാവുന്ന ഒറ്റപ്പെട്ട അറ്റോസെക്കൻഡ് പൾസുകൾ സൃഷ്ടിക്കാൻ രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌തിരിക്കുന്നു, ഇതിന് കുറച്ച് അല്ലെങ്കിൽ സബ് പീരിയോഡിക് ഡ്രൈവിംഗ് പൾസുകളും സ്റ്റേബിൾ കാരിയർ എൻവലപ്പ് ഫേസും (CEP) ആവശ്യമാണ്. പൾസ് വീതി വളരെ കുറഞ്ഞ നീളത്തിലേക്ക് കംപ്രസ് ചെയ്യുന്നതിന് ഹോളോ കോർ ഫൈബർ (HCF), മൾട്ടി തിൻ ഫിലിം (MPSC), മൾട്ടി-ചാനൽ കാവിറ്റി (MPC) പോലുള്ള നോൺ-ലീനിയർ പോസ്റ്റ് കംപ്രഷൻ ടെക്നിക്കുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നത് പ്രധാന സാങ്കേതികവിദ്യകളിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. CEP സ്ഥിരത ഒരു f-2f ഇന്റർഫെറോമീറ്റർ ഉപയോഗിച്ച് അളക്കുകയും ഫ്രീക്വൻസി വ്യത്യാസ പ്രക്രിയകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള സജീവ ഫീഡ്‌ബാക്ക്/ഫീഡ്‌ഫോർവേഡ് (AOFS, AOPDF പോലുള്ളവ) അല്ലെങ്കിൽ പാസീവ് ഓൾ-ഒപ്റ്റിക്കൽ സെൽഫ് സ്റ്റെബിലൈസേഷൻ മെക്കാനിസങ്ങൾ വഴി നേടുകയും ചെയ്യുന്നു.
3. ദൈർഘ്യമേറിയ തരംഗദൈർഘ്യം: ബയോമോളിക്യൂൾ ഇമേജിംഗിനായി അറ്റോസെക്കൻഡ് ഫോട്ടോൺ ഊർജ്ജത്തെ "വാട്ടർ വിൻഡോ" ബാൻഡിലേക്ക് തള്ളാൻ രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌തിരിക്കുന്നു. മൂന്ന് പ്രധാന സാങ്കേതിക പാതകൾ ഇവയാണ്:
ഒപ്റ്റിക്കൽ പാരാമെട്രിക് ആംപ്ലിഫിക്കേഷനും (OPA) അതിന്റെ കാസ്കേഡും: 1-5 μm തരംഗദൈർഘ്യ ശ്രേണിയിലെ മുഖ്യധാരാ പരിഹാരമാണിത്, BiBO, MgO പോലുള്ള പരലുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു: LN; >5 μm തരംഗദൈർഘ്യ ബാൻഡിന് ZGP, LiGaS ₂ പോലുള്ള പരലുകൾ ആവശ്യമാണ്.
ഡിഫറൻഷ്യൽ ഫ്രീക്വൻസി ജനറേഷൻ (DFG), ഇൻട്രാ പൾസ് ഡിഫറൻഷ്യൽ ഫ്രീക്വൻസി (IPDFG): വിത്ത് സ്രോതസ്സുകൾക്ക് നിഷ്ക്രിയ CEP സ്ഥിരത നൽകാൻ കഴിയും.
Cr: ZnS/Se ട്രാൻസിഷൻ മെറ്റൽ ഡോപ്ഡ് ചാൽക്കോജെനൈഡ് ലേസറുകൾ പോലുള്ള നേരിട്ടുള്ള ലേസർ സാങ്കേതികവിദ്യ "മിഡ് ഇൻഫ്രാറെഡ് ടൈറ്റാനിയം സഫയർ" എന്നറിയപ്പെടുന്നു, കൂടാതെ ഒതുക്കമുള്ള ഘടനയുടെയും ഉയർന്ന കാര്യക്ഷമതയുടെയും ഗുണങ്ങളുമുണ്ട്.
4. ഉയർന്ന ആവർത്തന നിരക്ക്: സിഗ്നൽ-ടു-നോയ്‌സ് അനുപാതവും ഡാറ്റാ ശേഖരണ കാര്യക്ഷമതയും മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനും സ്‌പേസ് ചാർജ് ഇഫക്റ്റുകളുടെ പരിമിതികൾ പരിഹരിക്കുന്നതിനും ലക്ഷ്യമിടുന്നു. രണ്ട് പ്രധാന പാതകൾ:
മെഗാഹെർട്സ് ലെവൽ ആവർത്തന ഫ്രീക്വൻസി പൾസുകളുടെ പീക്ക് പവർ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് ഉയർന്ന കൃത്യതയുള്ള റെസൊണന്റ് കാവിറ്റികൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന റെസൊണൻസ് എൻഹാൻസ്ഡ് കാവിറ്റി ടെക്നോളജി: എക്സ്‌യുവി ഫ്രീക്വൻസി കോമ്പുകൾ പോലുള്ള മേഖലകളിൽ ഇത് പ്രയോഗിച്ചിട്ടുണ്ട്, എന്നാൽ ഒറ്റപ്പെട്ട അറ്റോസെക്കൻഡ് പൾസുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നത് ഇപ്പോഴും വെല്ലുവിളികൾ ഉയർത്തുന്നു.
ഉയർന്ന ആവർത്തന നിരക്കുംഉയർന്ന പവർ ലേസർOPCPA, ഫൈബർ CPA, നോൺലീനിയർ പോസ്റ്റ് കംപ്രഷൻ എന്നിവയുൾപ്പെടെയുള്ള ഡയറക്ട് ഡ്രൈവ്, നേർത്ത ഫിലിം ഓസിലേറ്റർ എന്നിവ 100 kHz ആവർത്തന നിരക്കിൽ ഒറ്റപ്പെട്ട അറ്റോസെക്കൻഡ് പൾസ് ജനറേഷൻ നേടിയിട്ടുണ്ട്.