Në një njoftim të rëndësishëm në mbrëmjen e 3 tetorit 2023, u zbulua izemimi Nobel në Fizikë për vitin 2023, duke njohur kontributet e jashtëzakonshme të tre shkencëtarëve që kanë luajtur role kryesore si pionierë në fushën e teknologjisë lazer Attosecond.

Termi "lazer Attosecond" rrjedh emrin e tij nga kohëzgjatja tepër e shkurtër në të cilën funksionon, posaçërisht në rendin e AtoseConds, që korrespondon me 10^-18 sekonda. Për të kuptuar rëndësinë e thellë të kësaj teknologjie, një kuptim themelor i asaj që nënkupton një AttoseCond është parësore. Një ATTOSECOND qëndron si një njësi kohe jashtëzakonisht minutë, që përbën një miliardë të një miliardë të sekondës brenda kontekstit më të gjerë të një sekondë të vetme. Për ta parë këtë në perspektivë, nëse do të krahasonim një sekondë me një mal të mrekullueshëm, një Atosecond do të ishte i ngjashëm me një kokërr të vetme rërë të vendosur në bazën e malit. Në këtë interval të përkohshëm të shpejtë, edhe drita mezi mund të përshkojë një distancë ekuivalente me madhësinë e një atomi individual. Përmes shfrytëzimit të lazerëve të Atosekondit, shkencëtarët fitojnë aftësinë e paparë për të shqyrtuar dhe manipuluar dinamikën e ndërlikuar të elektroneve brenda strukturave atomike, të ngjashme me një riprodhim të ngadaltë të kornizës në një sekuencë kinematike, duke u zhytur në ndërveprimin e tyre.

Lazer të papjekurPërfaqësoni kulminacionin e kërkimit të gjerë dhe përpjekjeve të bashkërenduara nga shkencëtarët, të cilët kanë shfrytëzuar parimet e optikës jolineare për të krijuar lazer ultrafastë. Ardhja e tyre na ka furnizuar me një pikë inovative të avantazhit për vëzhgimin dhe eksplorimin e proceseve dinamike që transpirojnë brenda atomeve, molekulave dhe madje edhe elektroneve në materiale të ngurta.

Për të sqaruar natyrën e lazerëve të Attosecond dhe për të vlerësuar atributet e tyre jokonvencionale në krahasim me lazerët konvencionale, është e domosdoshme të hulumtohen kategorizimi i tyre brenda "familjes lazer" më të gjerë. Klasifikimi sipas gjatësisë së valës vendet e lazerëve të Attosecond kryesisht brenda intervalit të ultravjollcë deri në frekuenca të buta me rreze X, duke nënkuptuar gjatësitë e tyre të valës së tyre më të shkurtër në kontrast me lazerët konvencionale. Për sa i përket mënyrave të daljes, lazerët e Attosecond bien nën kategorinë e lazerëve pulsues, të karakterizuar nga kohëzgjatjet e tyre jashtëzakonisht të shkurtra të pulsit. Për të tërhequr një analogji për qartësi, mund të parashikohet lazer me valë të vazhdueshme si njëlloj me një elektrik dore që lëshon një rreze të vazhdueshme të dritës, ndërsa lazerët pulsues ngjajnë me një dritë strobe, duke alternuar shpejt midis periudhave të ndriçimit dhe errësirës. Në thelb, lazerët Attosecond shfaqin një sjellje pulsuese brenda ndriçimit dhe errësirës, ​​megjithatë kalimi i tyre midis dy shteteve shfaqet në një frekuencë mahnitëse, duke arritur në fushën e Atoseconds.

Kategorizimi i mëtutjeshëm nga energjia vendos lazer në kllapa me fuqi të ulët, me fuqi të mesme dhe me fuqi të lartë. Lasers Attosecond arrijnë fuqi të lartë kulmore për shkak të kohëzgjatjes së tyre jashtëzakonisht të shkurtër të pulsit, duke rezultuar në një fuqi të theksuar të pikut (P) - të përcaktuara si intensiteti i energjisë për kohën njësi (p = w/t). Megjithëse pulset individuale të lazerit Attosecond mund të mos kenë energji jashtëzakonisht të madhe (W), shtrirja e tyre e shkurtuar e përkohshme (T) i jep ata me fuqi të ngritur kulm.

Për sa i përket fushave të aplikimit, lazerët përfshijnë një spektër që përfshin aplikime industriale, mjekësore dhe shkencore. Lazerët e Attosecond kryesisht gjejnë ngrohtësinë e tyre brenda sferës së hulumtimit shkencor, veçanërisht në eksplorimin e fenomeneve që evoluojnë me shpejtësi brenda fushave të fizikës dhe kimisë, duke ofruar një dritare në proceset dinamike Swift Botërore mikrokozmike.

Kategorizimi nga lazeri i mesëm përcakton lazer si lazer gazi, lazer me gjendje të ngurtë, lazer të lëngshëm dhe lazer gjysmëpërçues. Gjenerimi i lazerëve Attosecond zakonisht varet nga media lazer me gaz, duke përfituar nga efektet optike jolineare për të krijuar harmonikë të rendit të lartë.

Si përmbledhje, lazerët e Attosecond përbëjnë një klasë unike të lazerëve të pulsit të shkurtër, të dalluar nga kohëzgjatjet e tyre jashtëzakonisht të shkurtra të pulsit, të matura zakonisht në Atoseconds. Si rezultat, ato janë bërë mjete të domosdoshme për të vëzhguar dhe kontrolluar proceset dinamike ultrafastike të elektroneve brenda atomeve, molekulave dhe materialeve të ngurta.

Procesi i hollësishëm i gjenerimit të lazerit Attosecond

Teknologjia lazer Attosecond qëndron në ballë të inovacionit shkencor, duke mburrur një grup intrigues të rreptë të kushteve për gjeneratën e saj. Për të sqaruar ndërlikimet e gjenerimit të lazerit Attosecond, ne fillojmë me një ekspozitë koncize të parimeve themelore të tij, e ndjekur nga metafora të gjalla që rrjedhin nga përvojat e përditshme. Lexuesit e pashmangshëm në ndërlikimet e fizikës përkatëse nuk kanë nevojë për dëshpërim, pasi metaforat pasuese synojnë të bëjnë fizikën themelore të lazerëve të Attosecond të arritshëm.

Procesi i gjenerimit të lazerëve të Attosecond kryesisht mbështetet në teknikën e njohur si gjeneratë e lartë harmonike (HHG). Së pari, një rreze me intensitet të lartë femtosecond (10^-15 sekonda) puls lazer është përqendruar fort në një material të gaztë të gaztë. Vlen të përmendet se lazerët e femtosekondit, të ngjashëm me lazerët Attosecond, ndajnë karakteristikat e posedimit të kohëzgjatjes së pulsit të shkurtër dhe fuqisë së lartë të pikut. Nën ndikimin e fushës intensive lazer, elektronet brenda atomeve të gazit çlirohen menjëherë nga bërthamat e tyre atomike, duke hyrë në mënyrë të përkohshme në një gjendje të elektroneve të lira. Ndërsa këto elektrone lëkunden në përgjigje të fushës lazer, ata përfundimisht kthehen dhe rekombinojnë me bërthamat atomike të prindërve të tyre, duke krijuar gjendje të reja me energji të lartë.

Gjatë këtij procesi, elektronet lëvizin me shpejtësi jashtëzakonisht të larta, dhe pas rekombinimit me bërthamat atomike, ato lëshojnë energji shtesë në formën e emetimeve të larta harmonike, duke manifestuar si fotone me energji të lartë.

Frekuencat e këtyre fotoneve me energji të lartë të krijuara rishtas janë shumëfish të plotë të frekuencës origjinale të lazerit, duke formuar atë që quhet harmonikë e rendit të lartë, ku "harmonika" tregon frekuencat që janë shumëfish integral të frekuencës origjinale. Për të arritur lazerët Attosecond, bëhet e nevojshme të filtrohen dhe përqendrohen këto harmonikë të rendit të lartë, duke zgjedhur harmonikë specifike dhe duke i përqendruar ato në një pikë fokale. Nëse dëshironi, teknikat e kompresimit të pulsit mund të shkurtojnë më tej kohëzgjatjen e pulsit, duke dhënë pulsione ultra të shkurtra në rangun e Attosecond. Me sa duket, gjenerimi i lazerëve të Attosecond përbën një proces të sofistikuar dhe të shumëanshëm, duke kërkuar një shkallë të lartë të aftësive teknike dhe pajisje të specializuara.

Për të demistifikuar këtë proces të ndërlikuar, ne ofrojmë një paralele metaforike të bazuar në skenarët e përditshëm:

Pulset lazer me intensitet të lartë femtosekond:

Parashikimi që posedon një katapultë jashtëzakonisht të fuqishme të aftë për të nxitur në mënyrë të menjëhershme gurë me shpejtësi kolosale, të ngjashme me rolin e luajtur nga pulset lazer me intensitet të lartë femtosecond.

Materiali i gaztë i synuar:

Fotografoni një trup të qetë uji që simbolizon materialin e gaztë të gaztë, ku çdo pikëz uji përfaqëson atome të panumërt të gazit. Akti i shtytjes së gurëve në këtë trup uji pasqyron në mënyrë analoge ndikimin e pulseve lazer me intensitet të lartë femtosekond në materialin e gaztë të gaztë.

Lëvizja e elektroneve dhe rekombinimi (tranzicioni i quajtur fizikisht):

Kur pulset lazer femtosecond ndikojnë në atomet e gazit brenda materialit të gaztë të gaztë, një numër i konsiderueshëm i elektroneve të jashtme janë të ngazëllyer menjëherë në një shtet ku shkëputen nga bërthamat e tyre atomike përkatëse, duke formuar një gjendje plazmatike. Ndërsa energjia e sistemit më pas zvogëlohet (pasi që pulset lazer janë në mënyrë të natyrshme të pulsuara, duke paraqitur intervalet e ndërprerjes), këto elektrone të jashtme kthehen në afërsi të tyre të bërthamave atomike, duke lëshuar fotone me energji të lartë.

Brezi i lartë harmonik:

Imagjinoni sa herë që një pikëz uji bie përsëri në sipërfaqen e liqenit, ajo krijon gërvishtje, shumë si harmonika të larta në lazerët e Attosecond. Këto rrjedhje kanë frekuenca dhe amplituda më të larta sesa rrjedhjet origjinale të shkaktuara nga pulsi kryesor lazer femtosecond. Gjatë procesit HHG, një rreze e fuqishme lazer, e ngjashme me hedhjen e gurëve vazhdimisht, ndriçon një objektiv gazi, që i ngjan sipërfaqes së liqenit. Kjo fushë intensive lazer shtyn elektrone në gaz, analoge me gërvishtjet, larg nga atomet e prindërve të tyre dhe më pas i tërheq ato përsëri. Sa herë që një elektron kthehet në atom, ai lëshon një rreze të re lazer me një frekuencë më të lartë, të ngjashme me modelet më të ndërlikuara të shiritit.

Filtrimi dhe përqendrimi:

Kombinimi i të gjitha këtyre rrezeve lazer të krijuara rishtazi jep një spektër të ngjyrave të ndryshme (frekuencat ose gjatësitë e valëve), disa prej të cilave përbëjnë lazerin Attosecond. Për të izoluar madhësitë dhe frekuencat specifike, ju mund të përdorni një filtër të specializuar, të ngjashme me zgjedhjen e rrjedhjeve të dëshiruara dhe të përdorni një gotë zmadhuese për t'i përqendruar ato në një zonë specifike.

Kompresimi i pulsit (nëse është e nevojshme):

Nëse synoni të përhapni Ripples më shpejt dhe më të shkurtër, ju mund të përshpejtoni përhapjen e tyre duke përdorur një pajisje të specializuar, duke zvogëluar kohën që zgjat çdo Ripple. Gjenerimi i lazerëve të Attosecond përfshin një bashkëveprim kompleks të proceseve. Sidoqoftë, kur prishet dhe vizualizohet, bëhet më e kuptueshme.