نیا لیزر ایمپلیفائر لانچ کیا گیا: 10 بیٹ واٹس کی پاور کی حد کو توڑتا ہے!

انتہائی شدید الٹرا شارٹ لیزرز میں ایپلی کیشنز کی ایک وسیع رینج ہوتی ہے، بشمول بنیادی طبیعیات، قومی سلامتی، صنعتی خدمات اور صحت کی دیکھ بھال۔ بنیادی طبیعیات میں، اس طرح کے لیزرز مضبوط فیلڈ لیزر فزکس کے مطالعہ کے لیے ایک طاقتور ٹول بن گئے ہیں، خاص طور پر لیزر سے چلنے والے تابکاری کے ذرائع، لیزر پارٹیکل ایکسلریشن، اور ویکیوم کوانٹم الیکٹرو ڈائنامکس میں۔
1996 میں 1-بیٹ واٹ "نووا" سے لے کر 2017 میں 10-بیٹ واٹ شنگھائی تجرباتی الٹرا انٹینس الٹرا شارٹ لیزر سہولت (SULF) اور 10-بیٹ واٹ یورپی " ایکسٹریم لائٹ انفراسٹرکچر-نیوکلیئر فزکس" (ELI-NP) 2019 میں، چوٹی لیزر پاور میں ڈرامائی اضافہ بڑے یپرچر لیزرز (نیوڈیمیم ڈوپڈ گلاس سے ٹائٹینیم: سیفائر کرسٹل تک) کے گین میڈیم میں تبدیلی کی وجہ سے ہے۔ اس تبدیلی نے ہائی انرجی لیزرز کی نبض کا دورانیہ تقریباً 500 فیمٹوسیکنڈ (fs) سے کم کر کے تقریباً 25 fs کر دیا۔
تاہم، ٹائٹینیم سیفائر انتہائی شدید الٹرا شارٹ لیزرز 10 بیٹ واٹ کی بالائی حد تک بڑھتے دکھائی دیتے ہیں۔ فی الحال، 10 پیٹ-واٹ سے 100 پیٹ-واٹ تک کے ترقیاتی منصوبے کے لیے، محققین عام طور پر ٹائٹینیم سیفائر چیرپڈ-پلس ایمپلیفیکیشن ٹیکنالوجی کے بارے میں کم پر امید ہیں، اور اس کے بجائے آپٹیکل پیرامیٹر چیرپڈ-پلس ایمپلیفیکیشن ٹیکنالوجی کو ڈیوٹریٹڈ پوٹاشیم کی بنیاد پر نشانہ بنانا چاہتے ہیں۔ ڈائی ہائیڈروجن فاسفیٹ نان لائنر کرسٹل۔
تاہم، اگرچہ مؤخر الذکر کے استعمال کے اچھے امکانات ہیں، لیکن اس کی کم پمپ سگنل کی تبدیلی کی کارکردگی اور وقتی-سپیکٹرل-انرجی استحکام کی کمی مستقبل کے 10-100 بیٹ واٹ لیزرز کے حصول اور اطلاق کے لیے بڑے چیلنجز لاتی ہے۔
دوسری طرف، ٹائٹینیم سیفائر چیرپڈ پلس ایمپلیفیکیشن، ایک بالغ ٹیکنالوجی جو پہلے ہی چین اور یورپ میں بالترتیب ایک 10 گیگا واٹ لیزر بنا چکی ہے، اب بھی انتہائی شدید الٹرا شارٹ لیزرز کی ترقی کے اگلے مرحلے میں بڑی صلاحیت رکھتی ہے۔
ٹائٹینیم: سیفائر کرسٹل توانائی کی سطح کے براڈ بینڈ لیزر گین میڈیم ہیں۔ حاصل کرنے کے عمل کے دوران، پمپ کی نبض جذب ہو جاتی ہے، اور توانائی کے ذخیرہ کو پورا کرنے کے لیے اوپری اور نچلی توانائی کی سطحوں کے درمیان توانائی کی سطح کا الٹا قائم کیا جاتا ہے۔ جیسے جیسے سگنل کی نبض ٹائٹینیم سیفائر کرسٹل سے کئی بار گزرتی ہے، ذخیرہ شدہ توانائی لیزر سگنل ایمپلیفیکیشن کے لیے نکالی جاتی ہے۔ تاہم، ٹرانسورس پرجیوی لیزرز میں، بے ساختہ اخراج شور کو کرسٹل قطر کے ساتھ بڑھایا جاتا ہے، ذخیرہ شدہ توانائی کو استعمال کرتا ہے اور سگنل لیزر ایمپلیفیکیشن کو کم کرتا ہے۔
پیرااسٹک لیزنگ ایک قسم کا ناپسندیدہ لیزر آپریشن ہے جو لیزر یا ایمپلیفائر ڈیوائس میں ہوتا ہے۔ یہ رجحان عام طور پر ڈیوائس کے اندرونی حصے میں لیزر کیویٹی کے غیر ارادی طور پر بننے کی وجہ سے ہوتا ہے، جس کی وجہ سے لیزر غیر مطلوبہ فریکوئنسی یا موڈ پر گھومتا ہے۔ پرجیوی لیزرز کی موجودگی ڈیوائس میں مطلوبہ لیزر آپریشن کو روکتی ہے، جس سے ڈیوائس کی کارکردگی خراب ہوتی ہے اور ممکنہ طور پر ڈیوائس کو نقصان بھی پہنچتا ہے۔
فی الحال، ٹائٹینیم سیفائر کرسٹل کا زیادہ سے زیادہ یپرچر صرف 10 بیٹ واٹ کے لیزر کو سپورٹ کر سکتا ہے۔ یہاں تک کہ بڑے ٹائٹینیم سیفائر کرسٹل کے ساتھ، لیزر ایمپلیفیکیشن اب بھی ممکن نہیں ہے کیونکہ مضبوط ٹرانسورس پرجیوی لیزنگ ٹائٹینیم سیفائر کرسٹل کے سائز میں اضافے کے ساتھ تیزی سے بڑھتی ہے۔
پیش رفت کی کلید کیا ہے؟
اس چیلنج سے نمٹنے کے لیے، محققین نے متعدد ٹائٹینیم سیفائر کرسٹل کو ایک ساتھ رکھ کر ایک جدید طریقہ اختیار کیا۔
Advanced Photonics Nexus کے مطابق، یہ طریقہ موجودہ ٹائٹینیم سیفائر انتہائی شدید الٹرا شارٹ لیزرز کی 10-ٹیپ واٹ کی حد کو توڑ کر پورے ٹائٹینیم سیفائر ٹائلنگ کرسٹل کے یپرچر قطر کو مؤثر طریقے سے بڑھاتا ہے اور ہر ایک کے اندر ٹرانسورس پرجیوی لیزنگ کو چھوٹا کرتا ہے۔ ٹائلنگ کرسٹل.
یوکسین لینگ، مقالے کے متعلقہ مصنف اور شنگھائی انسٹی ٹیوٹ آف آپٹکس اینڈ پریسجن مشینری کے ایک محقق، نے نوٹ کیا، "ہم نے ٹائلڈ ٹائٹینیم: سیفائر لیزنگ کو 100 ٹیرا واٹ (یعنی 0.1) میں کامیابی سے ظاہر کیا ہے۔ بیٹ واٹ) لیزر سسٹم۔ ہم نے اس تکنیک کو قریب قریب مثالی لیزر ایمپلیفیکیشن حاصل کرنے کے لیے استعمال کیا، جس میں اعلیٰ تبدیلی کی کارکردگی، مستحکم توانائی، براڈ بینڈ سپیکٹرا، مختصر دالیں، اور چھوٹے فوکل سپاٹ شامل ہیں۔"
ان کی ٹیم نے رپورٹ کیا ہے کہ مربوط ٹائلڈ ٹائٹینیم: سیفائر لیزر ایمپلیفیکیشن 10 کلو واٹ کی موجودہ حد سے تجاوز کرنے کا نسبتاً آسان اور سستا طریقہ فراہم کرتا ہے۔ اس طریقہ سے مضبوط فیلڈ لیزر فزکس میں انتہائی شدید الٹرا شارٹ لیزرز کی تجرباتی صلاحیتوں کو بہتر بنانے کی امید ہے۔
شنگھائی تجرباتی انتہائی شدید الٹرا شارٹ لیزر سہولت (SULF) یا یورپی یونین کے ایکسٹریم لائٹ انفراسٹرکچر-نیوکلیئر فزکس (ELI-NP) لیزر سہولت میں 2×2 مربوط ٹائلڈ ٹائٹینیم: سیفائر ہائی انرجی لیزر ایمپلیفائر شامل کرکے۔ موجودہ 10 بیٹ واٹ سے 40 بیٹ واٹ تک مزید بڑھایا جا سکتا ہے، اور فوکسڈ چوٹی کی شدت کو تقریباً 10 یا اس سے زیادہ کے عنصر سے بڑھایا جا سکتا ہے۔"