सार:
जर्मनी के ड्रेसडेन में हेल्महोल्त्ज़ ज़ेंट्रम रोज़ेंडॉर्फ (HZDR) और पेरिस, फ्रांस के पास SOLEIL सिंक्रोट्रॉन रेडिएशन सेंटर की अनुसंधान टीमों ने हाल ही में घोषणा की है कि उन्होंने कॉम्पैक्ट मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर की एक नई पीढ़ी के विकास में एक महत्वपूर्ण सफलता हासिल की है। पहली बार, शोधकर्ताओं ने उच्च-लाभ वाली परिचालन अवस्था में लेजर प्लाज्मा मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर का स्थिर और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य संचालन हासिल किया है, जिससे भविष्य में छोटे और कम लागत वाले मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर उपकरणों के निर्माण का मार्ग प्रशस्त हुआ है।
मुक्त इलेक्ट्रॉन लेज़र आधुनिक वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण हैं। वे बेहद छोटी और उच्च तीव्रता वाले प्रकाश स्पंदन उत्पन्न कर सकते हैं और परमाणुओं, अणुओं और नई सामग्रियों का अध्ययन करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। हालाँकि, दुनिया भर में अधिकांश मौजूदा मुफ्त इलेक्ट्रॉन लेजर सुविधाएं बड़ी और महंगी हैं, जिससे शोधकर्ताओं के पास प्रयोगात्मक समय बहुत सीमित है, इसलिए शोधकर्ताओं ने लंबे समय से अधिक कॉम्पैक्ट और किफायती विकल्प विकसित करने की उम्मीद की है।
पारंपरिक मुक्त इलेक्ट्रॉन लेज़रों को प्रकाश की गति के करीब इलेक्ट्रॉनों को गति देने के लिए दो किलोमीटर तक की लंबाई वाले बड़े त्वरक के उपयोग की आवश्यकता होती है। इसके बाद इलेक्ट्रॉन किरण चुम्बकों से बने एक लहरदार में प्रवेश करती है, जो लगातार दोलन करते हुए तीव्र प्रकाश के अत्यधिक सुसंगत स्पंदों को छोड़ता है।
नए लेजर प्लाज्मा मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर पूरी तरह से अलग दृष्टिकोण अपनाते हैं। शोधकर्ता प्लाज्मा में विशेष तरंगें उत्पन्न करने के लिए लेजर का उपयोग करते हैं, जिससे इलेक्ट्रॉन सर्फिंग की तरह प्लाज्मा तरंगों पर तेजी से "सवारी" कर सकते हैं। इस तंत्र के साथ, ऊर्जा स्तर जिसके लिए मूल रूप से सैकड़ों मीटर या हजारों मीटर की त्वरण दूरी की आवश्यकता होती है, अब केवल कुछ मिलीमीटर में प्राप्त की जा सकती है, और समग्र त्वरण दूरी लगभग एक हजार गुना कम हो जाती है।
अपने महत्वपूर्ण फायदों के बावजूद, यह तकनीक लंबे समय से अपर्याप्त स्थिरता से ग्रस्त है। वैज्ञानिक प्रयोगों के लिए, लेज़र आउटपुट घंटों या यहां तक कि दिनों तक लगातार गुणवत्ता का होना चाहिए, एक मानक जिसे लेज़र प्लाज्मा मुक्त इलेक्ट्रॉन लेज़रों ने अतीत में पूरा करने के लिए संघर्ष किया है।
इस सफलता की कुंजी यह है कि अनुसंधान टीम ने लेजर और प्लाज्मा के बीच संपर्क प्रक्रिया का सफलतापूर्वक सटीक नियंत्रण हासिल कर लिया है। वैज्ञानिक केवल कुछ मिलीमीटर मोटे गैस प्रवाह में अवरक्त लेजर दालों को उत्सर्जित करने, एक स्थिर प्लाज्मा वातावरण उत्पन्न करने और प्लाज्मा स्थितियों से इष्टतम मिलान करने के लिए लेजर मापदंडों को सटीक रूप से समायोजित करने के लिए HZDR की उच्च-प्रदर्शन DRACO लेजर प्रणाली का उपयोग करते हैं।
त्वरण पूरा करने के बाद, इलेक्ट्रॉन किरण को तरंगिका प्रणाली में भेजा जाता है। शोधकर्ताओं ने मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर विकिरण की तीव्रता को बढ़ाने और उच्च ऊर्जा उत्पादन प्राप्त करने के लिए लेजर पल्स और इलेक्ट्रॉन बीम के बीच संपर्क तंत्र की शुरुआत की।
प्रायोगिक परिणामों से पता चला कि टीम ने 272 नैनोमीटर की तरंग दैर्ध्य के साथ उच्च-ऊर्जा पराबैंगनी प्रकाश दालों को सफलतापूर्वक उत्पन्न किया। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि लेज़र पावर ने पहली बार उच्च-लाभ वाले राज्य की अद्वितीय घातीय वृद्धि विशेषताओं को दिखाया, जिससे साबित हुआ कि सिस्टम ने एक मजबूत प्रवर्धन ऑपरेशन मोड में प्रवेश किया है। इस अवस्था को मुक्त इलेक्ट्रॉन लेज़रों के उच्च-प्रदर्शन संचालन का एक महत्वपूर्ण संकेत माना जाता है।
शोधकर्ताओं ने कहा कि 2023 में टीम द्वारा प्रकाशित परिणामों की तुलना में, इस प्रयोग ने महत्वपूर्ण सुधार हासिल किए। लेज़र प्लाज़्मा मुक्त इलेक्ट्रॉन लेज़र, जिनका अतीत में स्थिर और बार-बार संचालन सुनिश्चित करना मुश्किल था, अब लगातार और स्थिर रूप से उच्च गुणवत्ता वाले विकिरण का उत्पादन करने में सक्षम हैं, जिससे व्यावहारिक वैज्ञानिक अनुसंधान अनुप्रयोगों के लिए संभावनाएं पैदा हो रही हैं।
वैज्ञानिक समुदाय आम तौर पर मानता है कि इस उपलब्धि से मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर प्रौद्योगिकी के लघुकरण और लोकप्रियकरण को बढ़ावा मिलने की उम्मीद है। भविष्य में, प्रासंगिक उपकरणों को अब बड़ी राष्ट्रीय प्रयोगशालाओं में बनाने की आवश्यकता नहीं होगी, बल्कि उन्हें उस दायरे तक सीमित करने का अवसर मिलेगा जिसे विश्वविद्यालय या मध्यम आकार के अनुसंधान संस्थान वहन कर सकते हैं, जिससे अधिक वैज्ञानिक अनुसंधान टीमों को उन्नत प्रकाश स्रोत उपलब्ध होंगे।
शोधकर्ताओं ने बताया कि वर्तमान प्रणाली अभी भी पराबैंगनी बैंड प्रकाश स्रोतों का उत्पादन करती है, लेकिन भविष्य में आगे के उन्नयन और अनुकूलन के माध्यम से, तरंग दैर्ध्य को 100 नैनोमीटर से कम करने की उम्मीद है। तब तक, इस प्रकार का कॉम्पैक्ट मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर सामग्री विज्ञान, रासायनिक प्रतिक्रिया अवलोकन, जैव चिकित्सा अनुसंधान और नैनो प्रौद्योगिकी जैसे क्षेत्रों में अधिक अनुप्रयोग मूल्य दिखाएगा।
यह परिणाम "फिजिकल रिव्यू लेटर्स" पत्रिका में प्रकाशित हुआ है और इसे मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर के लघुकरण के विकास में एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर माना जाता है। यह भविष्य में अधिक किफायती और आसानी से तैनात होने वाली उन्नत प्रकाश स्रोत सुविधाओं के निर्माण के लिए एक यथार्थवादी आधार भी प्रदान करता है।
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