F'tħabbira radikali fil-lejla tat-3 ta' Ottubru, 2023, ġie żvelat il-Premju Nobel għall-Fiżika għas-sena 2023, li jirrikonoxxi l-kontribuzzjonijiet eċċellenti ta 'tliet xjenzati li kellhom rwoli kruċjali bħala pijunieri fil-qasam tat-teknoloġija tal-laser attosecond.

It-terminu "laser attosecond" ġej ismu mill-iskala ta' żmien oerhört qasira li topera fuqha, speċifikament fl-ordni ta' attoseconds, li tikkorrispondi għal 10^-18-il sekonda. Biex tifhem is-sinifikat profond ta 'din it-teknoloġija, komprensjoni fundamentali ta' dak li jfisser attosecond huwa importanti ħafna. Attosecond huwa unità ta' ħin iżżejjed minuta, li tikkostitwixxi biljun minn biljun minn sekonda fil-kuntest usa' ta' sekonda waħda. Biex inpoġġu dan f’perspettiva, kieku kellna nqabblu sekonda maʼ muntanja towering, attosecond ikun qisu ħabba waħda taʼ ramel imdaħħla fil- bażi tal- muntanja. F'dan l-intervall temporali qasir, anki d-dawl bilkemm jista 'jitraversa distanza ekwivalenti għad-daqs ta' atomu individwali. Permezz tal-użu ta 'lejżers attosecond, ix-xjenzati jiksbu l-kapaċità bla preċedent li jiskrutinizzaw u jimmanipulaw id-dinamika kkomplikata tal-elettroni fi strutturi atomiċi, simili għal replay bil-mod qafas b'qafas f'sekwenza ċinematika, u b'hekk jidħol fl-interplay tagħhom.

Lejżers Attosecondjirrappreżentaw il-qofol ta 'riċerka estensiva u sforzi miftiehma minn xjenzati, li sfruttaw il-prinċipji ta' l-ottika mhux lineari biex jagħmlu lejżers ultraveloċi. Il-miġja tagħhom tawna punt ta 'vantaġġ innovattiv għall-osservazzjoni u l-esplorazzjoni tal-proċessi dinamiċi li joħorġu fi ħdan l-atomi, il-molekuli, u anke l-elettroni f'materjali solidi.

Biex tiġi elucidata n-natura tal-lasers attosecond u japprezzaw l-attributi mhux konvenzjonali tagħhom meta mqabbla ma 'lejżers konvenzjonali, huwa imperattiv li tiġi esplorata l-kategorizzazzjoni tagħhom fi ħdan il-"familja tal-laser" usa'. Il-klassifikazzjoni skont il-wavelength tpoġġi lasers attosecond prinċipalment fil-medda ta 'frekwenzi tar-raġġi X ultravjola għal rotob, li tfisser il-wavelengths notevolment iqsar tagħhom b'kuntrast mal-lejżers konvenzjonali. F'termini ta 'modi ta' output, lejżers attosecond jaqgħu taħt il-kategorija ta 'lejżers pulsati, ikkaratterizzati mit-tul ta' żmien tal-polz tagħhom iżżejjed qasir. Biex tiġbed analoġija għaċ-ċarezza, wieħed jista 'jipprevedi lejżers b'mewġ kontinwu bħal flashlight li jarmi raġġ kontinwu ta' dawl, filwaqt li lejżers pulsati jixbħu dawl strobe, li jalterna malajr bejn perjodi ta 'illuminazzjoni u dlam. Essenzjalment, il-lejżers attosecond juru imġieba pulsanti fi ħdan l-illuminazzjoni u d-dlam, iżda t-tranżizzjoni tagħhom bejn iż-żewġ stati toħroġ bi frekwenza tal-għaġeb, u tilħaq il-qasam tal-attoseconds.

Aktar kategorizzazzjoni mill-qawwa tpoġġi lejżers f'parentesi ta 'enerġija baxxa, qawwa medja u qawwa għolja. Lejżers Attosecond jiksbu qawwa massima għolja minħabba t-tul ta 'żmien tal-polz estremament qosra tagħhom, li tirriżulta f'qawwa massima pronunzjata (P) - definita bħala l-intensità tal-enerġija għal kull unità ta' ħin (P=W/t). Għalkemm l-impulsi tal-lejżer attosecond individwali jistgħu ma jkollhomx enerġija eċċezzjonalment kbira (W), il-firxa temporali mqassra tagħhom (t) tagħtihom qawwa massima elevata.

F'termini ta 'dominji ta' applikazzjoni, il-lejżers ikopru spettru li jinkludi applikazzjonijiet industrijali, mediċi u xjentifiċi. Lejżers Attosecond primarjament isibu n-niċċa tagħhom fil-qasam tar-riċerka xjentifika, partikolarment fl-esplorazzjoni ta 'fenomeni li qed jevolvu malajr fl-oqsma tal-fiżika u l-kimika, li joffru tieqa fil-proċessi dinamiċi veloċi tad-dinja mikrokożmika.

Il-kategorizzazzjoni bil-medju tal-lejżer tiddelinea lejżers bħala lejżers tal-gass, lejżers fi stat solidu, lejżers likwidi, u lejżers semikondutturi. Il-ġenerazzjoni ta 'lejżers attosecond tipikament tiddependi fuq il-midja tal-laser tal-gass, li tikkapitalizza fuq effetti ottiċi mhux lineari biex jiġġeneraw armoniċi ta' ordni għoli.

Fil-qosor, il-lejżers attosecond jikkostitwixxu klassi unika ta 'lejżers b'impuls qasir, distinti mit-tul ta' żmien tal-polz straordinarjament qasir tagħhom, tipikament imkejjel f'attsekondi. Bħala riżultat, saru għodda indispensabbli għall-osservazzjoni u l-kontroll tal-proċessi dinamiċi ultraveloċi ta 'elettroni fi ħdan atomi, molekuli u materjali solidi.

Il-Proċess Elaborat tal-Ġenerazzjoni tal-Laser Attosecond

It-teknoloġija tal-laser Attosecond tinsab fuq quddiem fl-innovazzjoni xjentifika, li tiftaħar b'sett ta 'kundizzjonijiet intriganti rigorużi għall-ġenerazzjoni tagħha. Biex niċċaraw l-intricacies tal-ġenerazzjoni tal-laser attosecond, nibdew b'espożizzjoni konċiża tal-prinċipji sottostanti tagħha, segwita minn metafori ħaj derivati ​​minn esperjenzi ta 'kuljum. Qarrejja mhux versati fl-intricacies tal-fiżika rilevanti m'għandhomx għalfejn jiddispraw, peress li l-metafori li jirriżultaw għandhom l-għan li jagħmlu l-fiżika fundamentali tal-lasers attosecond aċċessibbli.

Il-proċess ta 'ġenerazzjoni ta' lasers attosecond primarjament jiddependi fuq it-teknika magħrufa bħala Ġenerazzjoni Harmonika Għolja (HHG). L-ewwelnett, raġġ ta 'impulsi tal-laser femtosecond ta' intensità għolja (10 ^ -15-il sekonda) huwa ffokat sewwa fuq materjal fil-mira gassuż. Ta 'min jinnota li lejżers femtosecond, simili għal lejżers attosecond, jaqsmu l-karatteristiċi li jippossjedu tul ta' żmien qasir tal-polz u l-ogħla qawwa għolja. Taħt l-influwenza tal-kamp tal-lejżer intens, l-elettroni fi ħdan l-atomi tal-gass huma mumentarjament liberati min-nuklei atomiċi tagħhom, u b'mod temporanju jidħlu fi stat ta 'elettroni ħielsa. Hekk kif dawn l-elettroni joxxillaw bi tweġiba għall-kamp tal-lejżer, eventwalment jerġgħu lura u jerġgħu jikkombinaw 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 ta' enerġija għolja.

Il-frekwenzi ta 'dawn il-fotoni ta' enerġija għolja ġenerati ġodda huma multipli interi tal-frekwenza oriġinali tal-lejżer, li jiffurmaw dak li jissejjaħ armoniċi ta 'ordni għolja, fejn "armoniċi" tindika frekwenzi li huma multipli integrali tal-frekwenza oriġinali. Biex jinkisbu lejżers attosecond, isir meħtieġ li jiġu ffiltrati u ffukati 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-medda ta' attosecond. Evidentement, il-ġenerazzjoni ta 'lejżers attosecond tikkostitwixxi proċess sofistikat u multidimensjonali, li jitlob grad għoli ta' ħila teknika u tagħmir speċjalizzat.

Biex demistifika dan il-proċess ikkomplikat, noffru parallel metaforiku msejsa f'xenarji ta 'kuljum:

Impulsi tal-Laser Femtosecond ta' Intensità Għolja:

Jipprevedi li jippossjedi katapulta eċċezzjonalment qawwija li kapaċi tfaċċa ġebel istantanjament b'veloċitajiet kolossali, simili għar-rwol li għandhom impulsi tal-laser femtosecond ta 'intensità għolja.

Materjal tal-mira tal-gass:

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

Moviment u Rikombinazzjoni ta' Elettroni (Transizzjoni Tissejjaħ Fiżikament):

Meta l-impulsi tal-laser femtosecond jolqtu l-atomi tal-gass fi ħdan il-materjal tal-mira gassuż, numru sinifikanti ta 'elettroni ta' barra huma momentarjament eċċitati għal stat fejn jinqalgħu min-nuklei atomiċi rispettivi tagħhom, u jiffurmaw stat bħal plażma. Hekk kif l-enerġija tas-sistema sussegwentement tonqos (peress li l-impulsi tal-lejżer huma intrinsikament pulsati, li fihom intervalli ta 'waqfien), dawn l-elettroni ta' barra jirritornaw lejn il-viċinanza tagħhom tan-nuklei atomiċi, u jirrilaxxaw fotoni ta 'enerġija għolja.

Ġenerazzjoni Harmonika Għolja:

Immaġina kull darba li qtar ta 'l-ilma jaqa' lura lejn il-wiċċ tal-lag, joħloq ripples, bħal armoniċi għolja fil-lasers attosecond. Dawn ir-ripples għandhom frekwenzi u amplitudnijiet ogħla mir-ripples oriġinali kkawżati mill-polz primarju tal-laser femtosecond. Matul il-proċess HHG, raġġ tal-laser b'saħħtu, simili għal ġebel kontinwament tossing, idawwal mira tal-gass, li jixbah il-wiċċ tal-lag. Dan il-kamp tal-lejżer intens jimbotta l-elettroni fil-gass, analogu għal ripples, 'il bogħod mill-atomi ġenituri tagħhom u mbagħad jiġbedhom lura. Kull darba li elettron jerġa 'lura lejn l-atomu, jarmi raġġ tal-laser ġdid bi frekwenza ogħla, simili għal mudelli ta' tmewwiġ aktar kumplessi.

Iffiltrar u Iffukar:

Il-kombinazzjoni ta 'dawn ir-raġġi tal-lejżer iġġenerati ġodda tagħti spettru ta' diversi kuluri (frekwenzi jew wavelengths), li wħud minnhom jikkostitwixxu l-laser attosecond. Biex tiżola daqsijiet u frekwenzi speċifiċi ta 'ripple, tista' timpjega filtru speċjalizzat, simili għall-għażla ta 'ripples mixtieqa, u timpjega lenti biex tiffokahom fuq żona speċifika.

Kompressjoni tal-polz (jekk meħtieġ):

Jekk inti timmira li tippropaga tmewwiġ aktar malajr u iqsar, tista 'taċċellera l-propagazzjoni tagħhom billi tuża apparat speċjalizzat, u tnaqqas iż-żmien li jdum kull tmewwiġ. Il-ġenerazzjoni ta 'lejżers attosecond tinvolvi interazzjoni kumplessa ta' proċessi. Madankollu, meta mqassma u viżwalizzat, isir aktar komprensibbli.