इन्फ्रारेड फ्री इलेक्ट्रॉन लेजर (आईआर-एफईएल) का विकास, उन्नयन और नियमित संचालन।

आरआरसीएटी, इंदौर में 12.5 - 50 μm वेवलेंथ बैंड में लेज़िंग के लिए डिज़ाइन किया गया एक इन्फ्रा-रेड फ्री इलेक्ट्रॉन लेज़र (आईआर-एफईएल) बनाया गया है और नियमित संचालित किया जा रहा हैं। आईआर-एफईएल का एक स्केमैटिक नीचे चित्र-1 में दिखाया गया है, और चित्र 2 में 60 m [L] x 5 m [W] रेडिएशन शील्डेड वॉल्ट के अंदर स्थापित आईआर-एफईएल की एक तस्वीर दिखाई गई है।

आईआर-एफईएल रेडिएशन की 12.5 - 50 µm तक वेवलेंथ ट्यूनेबिलिटी हासिल की गई है, जिसमें 2 Hz पल्स रिपीटिशन रेट पर 21.8 µm वेवलेंथ पर पीक आउट-कपल्ड पावर > 7 MW और CW औसत आउट-कपल्ड पावर > 25 mW है। इसका मतलब है कि सोर्स पर पीक स्पेक्ट्रल ब्राइटनेस ~ 10¹⁸ photon/s/mm2/mrad2/0.1% BW और कंटीन्यूअस वेव (CW) औसत स्पेक्ट्रल ब्राइटनेस ~ 2 x 10¹⁴ photon/s/mm2/mrad2/0.1% BW है। आईआर-एफईएल रेडिएशन की मापी गई स्पेक्ट्रल चौड़ाई 22.7 µm वेवलेंथ पर ~1.4 % है। आईआर-एफईएल लाइट मोनोक्रोमैटिक है और अपनी डिज़ाइन वेवलेंथ रेंज में लगातार ट्यूनेबल है। नीचे चित्र-3 में आईआर-एफईएल वेवलेंथ ट्यूनिंग कर्व दिखाया गया है, और नीचे चित्र-4 में अलग-अलग वेवलेंथ पर मापा गया आईआर-एफईएल रेडिएशन स्पेक्ट्रा दिखाया गया है। आईआर-एफईएल सेटअप को प्रयोगों के माध्यम से उच्च ड्यूटी साइकिल पर ऑपरेशन के साथ >80 mW CW औसत आउट-कपल्ड पावर देने के लिए योग्य बनाया गया है। आउट-कपल्ड आईआर-एफईएल रेडिएशन की विशिष्ट पावर स्थिरता नीचे चित्र-5 में दिखाई गई है।

एटॉमिक एनर्जी रेगुलेटरी बोर्ड (AERB), भारत से नियामक सहमति के साथ, आईआर-एफईएल से इन्फ्रा-रेड लाइट नियमित रूप से यूज़र स्टेशनों पर डिलीवर की जाती है, जिसमें 17.7 µm वेवलेंथ पर अधिकतम मापी गई माइक्रो-पल्स ऊर्जा > 35 µJ और CW औसत पावर > 7 mW होती है। आईआर-एफईएल से आईआर रेडिएशन को रेडिएशन शील्डेड वॉल्ट के अंदर से यूज़र स्टेशन तक >55 m की दूरी पर ले जाने के लिए एक ड्राई नाइट्रोजन से प्लावित ऑप्टिकल बीम ट्रांसपोर्ट लाइन का उपयोग किया जाता है। यह ऑप्टिकल बीम ट्रांसपोर्ट लाइन एफईएल रेडिएशन को यूज़र स्टेशनों तक कुशलतापूर्वक ट्रांसपोर्ट करने के लिए दोनों सिरों पर 21 सोने की परत वाले तांबे के मिरर और बीम मैचिंग स्टेशनों का उपयोग करती है। एफईएल रेडिएशन का टिपिकल 2D और 3D ट्रांसवर्स ऑप्टिकल मोड प्रोफ़ाइल, जिसे एक यूज़र स्टेशन पर पायरोकैम बीम प्रोफ़ाइलर [मेक: ओफिर स्पिरिकॉन, मॉडल: पायरोकैम IV] का इस्तेमाल करके मापा गया है, उसे नीचे चित्र 6 में दिखाया गया है।

नीचे दी गई तालिका-1 में आईआर-एफईएल और इलेक्ट्रॉन बीम के मापदंडों का सारांश दिया गया है। उपयोगकर्ता सुविधाओं के बारे में अधिक जानकारी अगले अनुभाग में दी गई है।

चित्र 1: RRCAT इंदौर, भारत में आईआर-एफईएल का योजनाबद्ध आरेख।

चित्र 2: रेडिएशन शील्डेड एरिया [60 m x 5 m x 3.5 m (L x W x H)] के अंदर लगाया गया आईआर-एफईएल सेटअप।

चित्र 3: अलग-अलग इलेक्ट्रॉन बीम एनर्जी के लिए आईआर-एफईएल का वेवलेंथ ट्यूनेबिलिटी कर्व। ऑपरेशन के दौरान PRR बीम एनर्जी के बगल में ब्रैकेट में दिया गया है।

चित्र 4: यूज़र लेबोरेटरी में माइकलसन इंटरफेरोमीटर का इस्तेमाल करके 5 cm-1 के रिज़ॉल्यूशन पर मापा गया टिपिकल आईआर-एफईएल वेवलेंथ स्पेक्ट्रा। हर रंग की लाइन एक खास इलेक्ट्रॉन बीम एनर्जी के लिए एक खास अंडुलेटर गैप के लिए मिले स्पेक्ट्रम को दिखाती है।

चित्र 5: सैंपल की गई CW एवरेज आईआर-एफईएल पावर की सामान्य स्टेबिलिटी, जिसमें 12:30 PM से 6 घंटे की अवधि में मापा गया s ~ 0.18 mW और मीन ~ 4.45 mW है। यहाँ पर आईआर-एफईएल की ऑपरेशन वेवलेंथ 20 µm है।

चित्र 6: एक एक्सपेरिमेंटल बीम पोर्ट पर पायरोकैम का इस्तेमाल करके मापा गया टिपिकल 2D (बाएं) और 3D (दाएं) ट्रांसवर्स ऑप्टिकल पल्स प्रोफ़ाइल।