परमाणु, आणविक और प्रकाशिक भौतिकी प्रयोगशालाएं

यह प्रयोगशाला 10,000 क्लास क्लीनरूम (ISO 7) है जो फेमटोसेकंड और एटोसेकंड समय के पैमाने पर परमाणुओं, अणुओं और संघनित पदार्थ प्रणालियों के साथ तीव्र लेजर क्षेत्रों की परस्पर क्रिया को नियंत्रित करने वाली मूलभूत प्रक्रियाओं की जांच करने के लिए समर्पित है। प्रयोगशाला अत्याधुनिक अल्ट्राफास्ट लेजर सिस्टम से सुसज्जित है। प्रयोगशाला के केंद्र में एक उच्च-शक्ति फेमटोसेकंड लेजर प्रणाली है जो फेमटोसेकंड की अवधि के साथ अल्ट्रा-शॉर्ट पल्स देने में सक्षम है। ये पल्स अल्ट्राफास्ट घटनाओं को शुरू करने और जांचने के लिए बहुमुखी उपकरण के रूप में काम करते हैं, जिससे पदार्थ में इलेक्ट्रॉनिक गति के तुलनीय समय पर होने वाली क्षणिक प्रक्रियाओं का अवलोकन संभव हो पाता है। प्रयोगशाला में कई उन्नत प्रयोगात्मक प्लेटफॉर्म हैं, जिनमें वेलोसिटी मैप इमेजिंग (VMI) स्पेक्ट्रोमीटर, COLTRIMS (कोल्ड टारगेट रिकॉइल आयन मोमेंटम स्पेक्ट्रोस्कोपी)

लैब की रिसर्च एक्टिविटीज़ में कई तरह के टॉपिक शामिल हैं, जिनमें स्ट्रॉन्ग-फील्ड आयनाइज़ेशन, मॉलिक्यूलर डिसोसिएशन डायनामिक्स, अल्ट्राफास्ट स्पेक्ट्रोस्कोपी, एटोसेकंड साइंस, फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी, हाई हार्मोनिक जेनरेशन शामिल हैं। लेटेस्ट लेज़र टेक्नोलॉजी को सोफिस्टिकेटेड स्पेक्ट्रोस्कोपिक और इमेजिंग टेक्नीक के साथ मिलाकर, यह लैबोरेटरी नेचर में सबसे तेज़ प्रोसेस को एक्सप्लोर करने और अल्ट्राफास्ट और एटोसेकंड साइंस के तेज़ी से डेवलप हो रहे फील्ड में रिसर्चर को ट्रेनिंग देने के लिए एक प्लेटफॉर्म के तौर पर काम करती है। हम इन अल्ट्राफास्ट डायनामिकल प्रोसेस की स्टडी इसलिए करते हैं ताकि रिएक्शन के दौरान उन्हें कंट्रोल किया जा सके, जिससे नए मॉलिक्यूल बनते हैं।

1. लेज़र सुविधा और ऑप्टिकल सिस्टम :

●       फेमटोसेकंड लेज़र:  800nm, 25fs, 10mJ @ 1KHz और 3mJ @ 5KHz.

●       फेमटोसेकंड लेज़र:  1030nm, 190fs, 2mJ @ 10KHz और 200 uJ @ 100KHz

●       Nd- YAG नैनोसेकंड लेज़र

●       फेमटोसेकंड पल्स कैरेक्टराइजेशन के लिए डायरेक्ट इलेक्ट्रिक-फील्ड रिकंस्ट्रक्शन (SPIDER) के लिए स्पेक्ट्रल फेज़ इंटरफेरोमेट्री.

●       ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोमीटर (एवनेट्स, ओशन ऑप्टिक्स, एंडोर)

2. इन-हाउस डेवलप किए गए इंस्ट्रूमेंट्स:

●      वेलोसिटी मैप इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर (VMI): वेलोसिटी मैप इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर फोटोइलेक्ट्रॉन और फोटोआयन एंगुलर और काइनेटिक एनर्जी डिस्ट्रीब्यूशन का डिटेल्ड मेज़रमेंट इनेबल करते हैं, जिससे आयनाइज़ेशन डायनामिक्स, मॉलिक्यूलर फ्रैगमेंटेशन, स्ट्रॉन्ग-फील्ड इंटरैक्शन और अल्ट्राफास्ट फोटोकेमिकल प्रोसेस की जानकारी मिलती है। 

चित्र: इन-हाउस डेवलप किया गया VMI स्पेक्ट्रोमीटर

●     कोल्ड टारगेट रिकॉइल आयन मोमेंटम स्पेक्ट्रोमीटर (ColTRIMS): ColTRIMS उपकरण चार्ज्ड पार्टिकल्स का कॉन्सिक्वेंस डिटेक्शन और उनके फुल थ्री-डायमेंशनल मोमेंटम वेक्टर्स का रिकंस्ट्रक्शन करने की सुविधा देता है, जिससे एटॉमिक और मॉलिक्यूलर ब्रेक-अप डायनामिक्स की काइनेमेटिकली पूरी स्टडीज़ को आसान बनाता है।

चित्र: इन-हाउस विकसित कोलट्रिम्स सेटअप

●     हाई हार्मोनिक जेनरेशन (HHG) सेटअप: प्रयोगशाला के HHG-आधारित XUV सोर्स एक्सट्रीम अल्ट्रावॉयलेट स्पेक्ट्रल क्षेत्र में कोहेरेंट अल्ट्राशॉर्ट रेडिएशन जेनरेट करते हैं, जिससे फेमटोसेकंड और संभावित रूप से एटोसेकंड टेम्पोरल रिज़ॉल्यूशन वाले पंप-प्रोब एक्सपेरिमेंट संभव होते हैं। 

चित्र: इन-हाउस विकसित HHG सेटअप

●     XUV -IR सेटअप: XUV–IR पंप-प्रोब सेटअप एटम और मॉलिक्यूल में अल्ट्राफास्ट डायनामिक्स की जांच करने के लिए अल्ट्राशॉर्ट एक्सट्रीम अल्ट्रावॉयलेट (XUV) और इंफ्रारेड (IR) लेजर पल्स का इस्तेमाल करता है। XUV पल्स एक प्रोसेस शुरू करता है या उसकी जांच करता है, जबकि देरी वाला IR पल्स फेमटोसेकंड से एटोसेकंड टाइम रिज़ॉल्यूशन के साथ उसके विकास को ट्रैक करता है।

चित्र: इन-हाउस बनाया गया XUV-IR सेटअप

इन सोर्स का इस्तेमाल एटम और मॉलिक्यूल में इलेक्ट्रॉन डायनामिक्स, चार्ज माइग्रेशन, अल्ट्राफास्ट रिलैक्सेशन प्रोसेस और स्ट्रॉन्ग-फील्ड घटनाओं की जांच के लिए किया जाता है।

1. फेमटोसेकंड लेज़र पल्स का इस्तेमाल करके मॉलिक्यूलर अलाइनमेंट की स्टडी।

2. कोल्ड टारगेट रिकॉइल आयन मोमेंटम स्पेक्ट्रोस्कोपी: डिज़ाइन और सिमुलेशन।

3. पॉलीएटॉमिक मॉलिक्यूल्स का स्ट्रॉन्ग-फील्ड आयनाइज़ेशन: CH 3 OH के फोटोडिसोसिएशन में अल्ट्राफ़ास्ट H एटम माइग्रेशन और बॉन्ड फ़ॉर्मेशन।

DOI: 10.1039/D0FD00129E

4. लेज़र-इंड्यूस्ड ब्रेकडाउन स्पेक्ट्रोस्कोपी की सिग्नल स्ट्रेंथ और डिटेक्शन लिमिट्स को बेहतर बनाना।

DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-33-6084-6_12

5. अल्ट्राफ़ास्ट एटॉमिक और मॉलिक्यूलर फ़िज़िक्स में मॉडर्न एक्सपेरिमेंटल तकनीकें।

DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-33-6084-6_10
6. CH 3 Cl का स्ट्रॉन्ग-फील्ड आयनाइजेशन: प्रोटॉन माइग्रेशन और एसोसिएशन।
DOI: 10.1039/D2CP02494B
फेमटोसेकंड फिलामेंट से बने प्लाज़्मा प्लूम से मॉलिक्यूलर एमिशन डायनामिक्स।
DOI: 10.1088/2040-8986/ac528a
7. दो-कलर वाले लेज़र फील्ड का इस्तेमाल करके N2 और CO मॉलिक्यूल्स का स्ट्रॉन्ग-फील्ड आयनाइजेशन।
DOI 10.1088/1361-6455/ac9873
8. लेज़र से बने प्लाज़्मा में मॉलिक्यूलर स्पीशीज़ का बनना। DOI: https://doi.org/10.1002/9781119758396.ch6
9. नैनोसेकंड और फेमटोसेकंड लेज़र-इंड्यूस्ड ब्रेकडाउन स्पेक्ट्रोस्कोपी: फंडामेंटल्स और एप्लीकेशन।
DOI: https://doi.org/10.1002/9781119758396.ch1
10. स्ट्रॉन्ग-फील्ड इंड्यूस्ड आयनाइजेशन और सिस-और ट्रांस-1, 2-डाइक्लोरोइथिलीन का डिसोसिएशन: Cl+ और HCl+ फ्रैगमेंट्स।
DOI: 10.1039/D5CP03038B
11. लेज़र इंड्यूस्ड ब्रेकडाउन स्पेक्ट्रोस्कोपी (LIBS): केमोमेट्रिक्स, एनवायर्नमेंटल और फोरेंसिक एप्लीकेशन।
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-90970-2_2
12. CH3Cl2+ के स्ट्रॉन्ग फील्ड-इंड्यूस्ड थ्री-बॉडी फ्रैगमेंटेशन डायनामिक्स।
DOI: 10.1088/1361-6455/adac93
13. फेमटोसेकंड फिलामेंटेशन के स्पेशियोटेम्पोरल डायनामिक्स।
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-90970-2_2
14. फेमटोसेकंड लेजर पल्स से इंड्यूस्ड डबली आयनाइज्ड C6H5Cl का टू-बॉडी स्केलेटन फ्रैगमेंटेशन।
DOI: 10.1088/1361-6455/ae68ad
15. ऑर्बिटल एंगुलर मोमेंटम (OAM) बीम से होने वाला N2 फिलामेंटेशन:
DOI: https://doi.org/10.1088/2040-8986/ae377c
16. इंजीनियर्ड टू-कलर लेज़र फील्ड का इस्तेमाल करके हाई-हार्मोनिक जेनरेशन का मैनिपुलेशन
DOI: https://doi.org/10.1002/cphc.202500886
17. वेरिएबल रिलेटिव पोलराइजेशन वाले कॉम्प्लेक्स टू-कलर लेज़र फील्ड से चलने वाला हाई हार्मोनिक जेनरेशन।

यह भारत की उन कुछ प्रयोगशालाओं में से एक है जो अल्ट्राफास्ट ऑप्टिक्स और आण्विक भौतिकी में अत्याधुनिक अनुसंधान में लगी हुई है, जिसमें कई इन-हाउस विकसित स्पेक्ट्रोमीटर और अल्ट्राफास्ट सुसंगत प्रकाश स्रोत हैं। प्रयोगशाला की विशिष्टता इसके उन्नत उपकरण और मौलिक वैज्ञानिक प्रश्नों पर निहित है, जो नैनोसेकंड से लेकर एटोसेकंड समय के पैमाने में परमाणु और आणविक गतिशीलता की जांच को सक्षम बनाते हैं।

विभिन्न परिवेश में प्रकाश और पदार्थ की इंटरैक्शन, प्लाज्मा डायनेमिक्स और लेजर इंड्यूस्ड ब्रेकडाउन स्पेक्ट्रोस्कोपी (LIBS) और प्लाज्मा इमेजिंग तकनीकों का उपयोग करके नैनोपार्टिकल संवर्धित लेजर उत्पादित प्लाज्मा का अध्ययन।

लेज़र प्लाज़्मा स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रयोगशाला वर्तमान में निम्नलिखित अनुसंधान क्षेत्रों पर ध्यान केंद्रित कर रही है:

1) नमूनों के गुणात्मक और मात्रात्मक विश्लेषण के लिए कृत्रिम रूप से उत्पन्न स्पेक्ट्रम

2) नैनोपार्टिकल संवर्धित LIBS (NELIBS)

3) प्लाज़्मा स्पेक्ट्रोस्कोपी के माध्यम से स्टार्क ब्रॉडनिंग पैरामीटर्स

4) तरल में पल्स लेज़र एब्लेशन (PLAL)

5) बाहरी व्यवधानों के तहत LIBS

6) तरल में ट्रेस तत्वों का मात्रात्मक निर्धारण

7) आणविक LIBS और आणविक NELIBS

8) LTE प्लाज़्मा के लिए प्लाज़्मा पैरामीटर्स का अनुमान

1)      क्यू स्विच्ड एनडी: YAG लेज़र (1064 एनएम और इसके हार्मोनिक्स)

2)      एक्साइमर लेज़र (248 एनएम)

3)      स्ज़ेरनी टर्नर स्पेक्ट्रोग्राफ

4)      एशेल स्पेक्ट्रोमीटर

5)      इंटेंसिफाइड सीसीडी कैमरा

6)      CMOS कैमरा

1) समय-निहित लेज़र-प्रेरित ब्रेकडाउन स्पेक्ट्रोस्कोपी (LIBS) मापों का उपयोग करके स्टार्क शिफ्ट और चौड़ाई का निर्धारण

2) प्लाज्मा तापमान और इलेक्ट्रॉन संख्या घनत्व का नैनोपार्टिकल संवर्धित LIBS में देखे गए सिग्नल वृद्धि पर प्रभाव

3) दबाव और पल्स ऊर्जा का नैनोपार्टिकल-संवर्धित लेज़र उत्पादित प्लाज्मा के विस्तार गतिकी पर प्रभाव

4) ग्रेफ़ाइट के नैनोपार्टिकल-संवर्धित आणविक LIBS में सिग्नल वृद्धि की जांच

5) तरल में लेज़र एब्लेशन द्वारा संश्लेषित नैनोपार्टिकल्स पर तरल की सघनता का प्रभाव: एक प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक अध्ययन

6) तरल में लेज़र एब्लेशन पर बाहरी विद्युत क्षेत्र का सहक्रियात्मक प्रभाव: नैनोपार्टिकल संश्लेषण और कैविटेशन बबल गतिकी का संबंध

7) लेज़र-प्रेरित ब्रेकडाउन स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके तरल नमूनों में अंश तत्वों का मात्रात्मक विश्लेषण

8) एक सृजित सिंथेटिक स्पेक्ट्रम का उपयोग करके तत्वीय संरचना का मात्रात्मक अनुमान

लेजर प्लाज़्मा स्पेक्ट्रोस्कोपी लैब LTE प्लाज़्मा और प्लाज़्मा प्लूम डायनेमिक्स पर काम करने के लिए एक अत्याधुनिक प्रयोगशाला है।