F’avviż importanti filgħaxija tat-3 ta ’Ottubru, 2023, il-Premju Nobel fil-Fiżika għas-sena 2023 ġie żvelat, li rrikonoxxa l-kontribuzzjonijiet pendenti ta’ tliet xjenzati li kellhom rwoli tal-pern bħala pijunieri fl-isfera tat-teknoloġija tal-lejżer attosekonda.

It-terminu "Laser Attosecond" joħroġ isimha mill-iskala ta 'żmien oerhört qasira li topera fuqu, speċifikament fl-ordni ta' attosekondi, li jikkorrispondi għal 10 ^ -18 sekonda. Biex taqbad is-sinifikat profond ta 'din it-teknoloġija, komprensjoni fundamentali ta' dak li jfisser attosekonda hija tal-akbar importanza. Attosekonda tispikka bħala unità ta 'żmien immens minuta, li tikkostitwixxi biljun ta' biljun ta 'sekonda fil-kuntest usa' ta 'sekonda waħda. Biex inpoġġu dan f'perspettiva, kieku konna nqabblu sekonda ma 'muntanja imkaxkar, attosekonda tkun simili għal qamħ wieħed ta' ramel imdaħħal fil-bażi tal-muntanja. F'dan l-intervall temporali li jtajjar, anke d-dawl bilkemm jista 'jaqsam distanza ekwivalenti għad-daqs ta' atomu individwali. Permezz tal-użu tal-lejżers attosekonda, ix-xjentisti jiksbu l-kapaċità bla preċedent biex jiskrutinjaw u jimmanipulaw id-dinamika kkomplikata ta 'elettroni fi ħdan strutturi atomiċi, simili għal replay ta' mozzjoni bil-mod frame-by-frame f'sekwenza ċinematiku, u b'hekk jidħlu fl-interazzjoni tagħhom.

Lejżers attosekondiJirrappreżentaw il-qofol ta 'riċerka estensiva u sforzi miftiehma minn xjenzati, li sfruttaw il-prinċipji ta' ottika mhux lineari għall-inġenji tal-lejżers ultraveljar. L-Avvent tagħhom tana b'pożizzjoni innovattiva għall-osservazzjoni u l-esplorazzjoni tal-proċessi dinamiċi li jġorru fi ħdan atomi, molekuli, u anke elettroni f'materjali solidi.

Biex inħejji n-natura tal-lejżers attosekonda u napprezzaw l-attributi mhux konvenzjonali tagħhom meta mqabbla ma 'lejżers konvenzjonali, huwa imperattiv li jiġu esplorati l-kategorizzazzjoni tagħhom fi ħdan l-iktar wiesgħa "familja tal-lejżer." Il-klassifikazzjoni bit-tul ta 'mewġa tpoġġi lejżers attosekondi fil-biċċa l-kbira fil-firxa ta' frekwenzi ta 'raġġi X ultravjola għal rotob, li tindika t-tulijiet ta' mewġ notevolment iqsar tagħhom b'kuntrast ma 'lejżers konvenzjonali. F'termini ta 'modi ta' ħruġ, il-lejżers attosekondi jaqgħu taħt il-kategorija ta 'lejżers pulsati, ikkaratterizzati minn tul ta' żmien tagħhom fil-qosor. Biex tiġbed analoġija għaċ-ċarezza, wieħed jista 'jipprevedi lejżers ta' mewġ kontinwu bħala simili għal flashlight li jarmu raġġ kontinwu ta 'dawl, filwaqt li lejżers bil-pulsazzjonijiet jixbħu dawl strobe, li jalternaw malajr bejn perjodi ta' illuminazzjoni u dlam. Essenzjalment, il-lejżers attosekonda juru mġieba pulsanti fl-illuminazzjoni u d-dlam, iżda t-tranżizzjoni tagħhom bejn iż-żewġ stati tittrasferixxi fi frekwenza tal-għaġeb, u tilħaq l-isfera ta 'attosekondi.

Aktar kategorizzazzjoni mill-enerġija tpoġġi l-lejżers f'power baxxa, ta 'enerġija medja u ta' enerġija għolja. Lejżers attosekondi jiksbu qawwa għolja għolja minħabba d-dewmien tal-polz estremament qasir tagħhom, li jirriżulta f'qawwa tal-quċċata ppronunzjata (P) - definita bħala l-intensità ta 'l-enerġija għal kull unità ta' ħin (p = w / t). Għalkemm l-impulsi tal-lejżer attosekonda individwali jista 'ma jkollhomx enerġija eċċezzjonalment kbira (W), il-firxa temporali mqassra tagħhom tagħtihom b'qawwa tal-quċċata elevata.

F'termini ta 'oqsma ta' applikazzjoni, il-lejżers jifirxu spettru li jinkludi applikazzjonijiet industrijali, mediċi u xjentifiċi. Lejżers attosekondi jsibu primarjament in-niċċa tagħhom fl-isfera tar-riċerka xjentifika, partikolarment fl-esplorazzjoni ta 'fenomeni li qed jevolvu malajr fl-oqsma tal-fiżika u l-kimika, u joffru tieqa fil-proċessi dinamiċi Swift tad-dinja mikrokosmika.

Kategorizzazzjoni bil-lejżers tal-lejżers tal-lejżer bħala lejżers tal-gass, lejżers ta 'stat solidu, lejżers likwidi u lejżers tas-semikondutturi. Il-ġenerazzjoni ta 'lejżers attosekonda tipikament tiddependi fuq il-midja tal-lejżer tal-gass, li tikkapitalizza fuq effetti ottiċi mhux lineari biex toħroġ armoniċi ta' ordni għolja.

Fil-qosor, il-lejżers attosekonda jikkostitwixxu klassi unika ta 'lejżers b'puls qasir, distinti mid-durata tal-polz straordinarjament qasira tagħhom, tipikament imkejla f'attosekondi. Bħala riżultat, dawn saru għodod indispensabbli għall-osservazzjoni u l-kontroll tal-proċessi dinamiċi ultraveljar ta 'elettroni fi ħdan atomi, molekuli, u materjali solidi.

Il-proċess elaborat ta 'ġenerazzjoni tal-lejżer attosekonda

It-teknoloġija tal-lejżer attosekonda tinsab fuq quddiem fl-innovazzjoni xjentifika, li tiftaħar sett ta 'kundizzjonijiet intriganti rigoruż għall-ġenerazzjoni tagħha. Biex nivvalutaw l-intricacies tal-ġenerazzjoni tal-lejżer attosekonda, nibdew b'espożizzjoni konċiża tal-prinċipji sottostanti tagħha, segwita minn metafori strambi derivati ​​minn esperjenzi ta 'kuljum. Il-qarrejja li ma nstabux fl-intricacies tal-fiżika rilevanti m'għandhomx għalfejn jiddispraw, peress li l-metafori li ġejjin għandhom l-għan li jagħmlu l-fiżika fundamentali tal-lejżers attosekondi aċċessibbli.

Il-proċess tal-ġenerazzjoni tal-lejżers attosekonda jiddependi primarjament fuq it-teknika magħrufa bħala ġenerazzjoni armonika għolja (HHG). L-ewwelnett, raġġ ta 'impulsi tal-lejżer femtosekonda ta' intensità għolja (10 ^ -15 sekondi) huwa ffokat sewwa fuq materjal fil-mira gassuż. Ta 'min jinnota li l-lejżers femtosekondi, simili għal lejżers attosekonda, jaqsmu l-karatteristiċi tal-pussess ta' tul ta 'polz qasir u ta' enerġija għolja għolja. Taħt l-influwenza tal-kamp tal-lejżer intens, l-elettroni fl-atomi tal-gass huma momentarjament liberati min-nuklei atomiċi tagħhom, li jidħlu b'mod transitorju fi stat ta 'elettroni ħielsa. Peress li dawn l-elettroni joskillaw b'reazzjoni għall-kamp tal-lejżer, huma eventwalment jirritornaw lejn u jerġgħu jerġgħu jġibu man-nuklei atomiċi ġenituri tagħhom, u joħolqu stati ġodda ta 'enerġija għolja.

Matul dan il-proċess, l-elettroni jimxu b'veloċitajiet estremament għoljin, u wara rikombinazzjoni man-nuklei atomiċi, jirrilaxxaw enerġija addizzjonali fil-forma ta 'emissjonijiet armoniċi għoljin, li jimmanifestaw bħala fotoni b'enerġija għolja.

Il-frekwenzi ta 'dawn il-fotoni ta' enerġija għolja ġġenerati ġodda huma multipli interi tal-frekwenza tal-lejżer oriġinali, li jiffurmaw dak li hu msejjaħ armoniċi ta 'ordni għolja, fejn "armoniċi" jindikaw frekwenzi li huma multipli integrali tal-frekwenza oriġinali. Sabiex jinkisbu lejżers attosekonda, isir neċessarju li tiffiltra u tiffoka dawn l-armoniċi ta 'ordni għolja, tagħżel armoniċi speċifiċi u tikkonċentrahom f'punt fokali. Jekk mixtieq, tekniki ta 'kompressjoni tal-polz jistgħu jqassru aktar it-tul tal-polz, u jagħtu impulsi ultra-qosra fil-firxa attosekonda. Evidentement, il-ġenerazzjoni ta 'lejżers attosekonda tikkostitwixxi proċess sofistikat u b'ħafna aspetti, li jitlob grad għoli ta' ħila teknika u tagħmir speċjalizzat.

Biex niddemytizzaw dan il-proċess kkomplikat, noffru parallel metaforiku msejjes f'xenarji ta 'kuljum:

Impulsi tal-lejżer femtosekonda ta 'intensità għolja:

Envision li jkollu katapulta eċċezzjonalment potenti li kapaċi jwaqqaf il-ġebel istantanjament b'veloċità kolossali, simili għar-rwol li għandhom legumi tal-lejżer femtosekonda ta 'intensità għolja.

Materjal fil-mira gassuż:

Stampa korp ta 'ilma kwiet li jissimbolizza l-materjal fil-mira tal-gass, fejn kull qtar ta' ilma jirrappreżenta numru kbir ta 'atomi tal-gass. L-att li jimbotta ġebel f'dan il-korp ta 'ilma jirrifletti b'mod analogu l-impatt ta' impulsi tal-lejżer femtosekonda ta 'intensità għolja fuq il-materjal fil-mira tal-gass.

Moviment tal-elettroni u rikombinazzjoni (tranżizzjoni msejħa fiżikament):

Meta l-impulsi tal-lejżer femtosekonda jħallu l-atomi tal-gass fil-materjal fil-mira gassuż, numru sinifikanti ta 'elettroni ta' barra huma momentarjament eċċitati għal stat fejn jinqatgħu min-nuklei atomiċi rispettivi tagħhom, li jiffurmaw stat simili għall-plażma. Hekk kif l-enerġija tas-sistema tonqos sussegwentement (peress li l-impulsi tal-lejżer huma intrinsikament pulsati, li jinkludu intervalli ta 'waqfien), dawn l-elettroni ta' barra jerġgħu lura lejn il-viċinanza tagħhom tan-nuklei atomiċi, u jirrilaxxaw fotoni b'enerġija għolja.

Ġenerazzjoni Armonika Għolja:

Immaġina kull darba li qtar ta 'l-ilma taqa' lura għal wiċċ il-lag, toħloq immewweġ, bħal armoniċi għoljin fil-lejżers attosekonda. Dawn ir-ripples għandhom frekwenzi u amplitudnijiet ogħla mill-immewwiġ oriġinali kkawżati mill-polz tal-lejżer femtosekonda primarja. Matul il-proċess tal-HHG, raġġ qawwi tal-lejżer, simili biex jitfa 'l-ġebel kontinwament, idawwal mira tal-gass, li jixbah il-wiċċ tal-lag. Dan il-kamp tal-lejżer intens jimbotta l-elettroni fil-gass, analogu għal immewweġ, 'il bogħod mill-atomi tal-ġenituri tagħhom u mbagħad jiġbedhom lura. Kull darba li elettron jirritorna lejn l-atomu, joħroġ raġġ tal-lejżer ġdid bi frekwenza ogħla, simili għal mudelli ta 'tmewwiġ aktar kkomplikati.

Iffiltrar u Fokus:

Li tgħaqqad dawn ir-raġġi kollha tal-lejżer iġġenerati ġodda jrendi spettru ta 'kuluri varji (frekwenzi jew tul ta' mewġ), li wħud minnhom jikkostitwixxu l-laser attosekonda. Biex tiżola daqsijiet u frekwenzi speċifiċi ta 'tmewwiġ, tista' timpjega filtru speċjalizzat, simili għall-għażla ta 'ripples mixtieqa, u tuża lenti biex tiffokahom fuq żona speċifika.

Kompressjoni tal-polz (jekk meħtieġ):

Jekk inti timmira li tinfirex immexxi aktar malajr u iqsar, tista 'tħaffef il-propagazzjoni tagħhom billi tuża apparat speċjalizzat, billi tnaqqas il-ħin li jdum kull immewweġ. Il-ġenerazzjoni ta 'lejżers attosekonda tinvolvi interazzjoni kumplessa ta' proċessi. Madankollu, meta titkisser u tiġi viżwalizzata, din issir aktar komprensibbli.