Sa isang napakahalagang anunsyo sa gabi ng Oktubre 3, 2023, ang Nobel Prize sa Physics para sa taong 2023 ay ipinakita, na kinikilala ang natitirang mga kontribusyon ng tatlong siyentipiko na naglalaro ng mga pivotal na tungkulin bilang mga payunir sa kaharian ng teknolohiya ng attosecond laser.

Ang salitang "attosecond laser" ay nakukuha ang pangalan nito mula sa hindi kapani-paniwalang maikling beses na pinatatakbo nito, partikular sa pagkakasunud-sunod ng mga attosecond, na naaayon sa 10^-18 segundo. Upang maunawaan ang malalim na kabuluhan ng teknolohiyang ito, isang pangunahing pag -unawa sa kung ano ang ipinapahiwatig ng isang Attosecond. Ang isang attosecond ay nakatayo bilang isang labis na minuto na yunit ng oras, na bumubuo ng isang bilyong isang bilyon ng isang segundo sa loob ng mas malawak na konteksto ng isang solong segundo. Upang mailagay ito sa pananaw, kung ihahalintulad natin ang isang segundo sa isang matataas na bundok, ang isang attosecond ay magiging katulad sa isang butil ng buhangin na nakalagay sa base ng bundok. Sa agwat ng temporal na agwat na ito, kahit na ang ilaw ay maaaring halos tumawid sa isang distansya na katumbas ng laki ng isang indibidwal na atom. Sa pamamagitan ng paggamit ng mga laser ng attosecond, nakuha ng mga siyentipiko ang walang uliran na kakayahan upang suriin at manipulahin ang masalimuot na dinamika ng mga electron sa loob ng mga istrukturang atomic, na katulad ng isang frame-by-frame na mabagal na paggalaw sa isang cinematic na pagkakasunud-sunod, at sa gayon ay naghuhugas ng kanilang interplay.

Attosecond LasersKinakatawan ang pagtatapos ng malawak na pananaliksik at pinagsama -samang mga pagsisikap ng mga siyentipiko, na gumamit ng mga prinsipyo ng mga nonlinear optika sa mga laser ng ultrafast. Ang kanilang pagdating ay nagbigay sa amin ng isang makabagong punto ng vantage para sa pagmamasid at paggalugad ng mga dynamic na proseso na lumilipas sa loob ng mga atomo, molekula, at kahit na mga electron sa solidong materyales.

Upang maipalabas ang likas na katangian ng mga laser ng attosecond at pinahahalagahan ang kanilang hindi kinaugalian na mga katangian kung ihahambing sa maginoo na mga laser, kinakailangan na galugarin ang kanilang pagkategorya sa loob ng mas malawak na "pamilyang laser." Pag-uuri sa pamamagitan ng mga lugar ng haba ng haba ng haba ng mga laser ng attosecond sa loob ng saklaw ng ultraviolet upang malambot ang mga dalas ng x-ray, na nagpapahiwatig ng kanilang kapansin-pansin na mas maiikling haba ng haba ng mga laser. Sa mga tuntunin ng mga mode ng output, ang mga laser ng attosecond ay nahuhulog sa ilalim ng kategorya ng mga pulsed laser, na nailalarawan sa pamamagitan ng kanilang labis na maikling tibok ng pulso. Upang gumuhit ng isang pagkakatulad para sa kalinawan, ang isa ay maaaring mag-isip ng tuluy-tuloy na alon na laser bilang katulad ng isang flashlight na naglalabas ng isang tuluy-tuloy na sinag ng ilaw, habang ang mga pulsed laser ay kahawig ng isang strobe light, mabilis na alternating sa pagitan ng mga panahon ng pag-iilaw at kadiliman. Sa esensya, ang mga laser ng Attosecond ay nagpapakita ng isang pulsating na pag -uugali sa loob ng pag -iilaw at kadiliman, gayon pa man ang kanilang paglipat sa pagitan ng dalawang estado ay lumilipas sa isang kamangha -manghang dalas, na umaabot sa kaharian ng mga attosecond.

Ang karagdagang pag-uuri sa pamamagitan ng kapangyarihan ay naglalagay ng mga laser sa mababang lakas, medium-power, at high-power bracket. Ang mga laser ng Attosecond ay nakamit ang mataas na lakas ng rurok dahil sa kanilang sobrang maikling tibok ng tibok, na nagreresulta sa isang binibigkas na lakas ng rurok (P) - tinukoy bilang intensity ng enerhiya sa bawat oras ng yunit (P = W/T). Bagaman ang mga indibidwal na pulses ng laser ng attosecond ay maaaring hindi magkaroon ng malaking malaking enerhiya (W), ang kanilang pinaikling temporal na lawak (T) ay nagbibigay sa kanila ng mataas na lakas ng rurok.

Sa mga tuntunin ng mga domain ng aplikasyon, ang mga laser ay sumasaklaw sa isang spectrum na sumasaklaw sa pang -industriya, medikal, at pang -agham na aplikasyon. Pangunahing nahanap ng mga laser ng Attosecond ang kanilang angkop na lugar sa loob ng larangan ng pananaliksik na pang -agham, lalo na sa paggalugad ng mabilis na umuusbong na mga phenomena sa loob ng mga domain ng pisika at kimika, na nag -aalok ng isang window sa mabilis na mga dinamikong proseso ng microcosmic sa mundo.

Ang pag-uuri ng laser medium ay naglalagay ng mga laser bilang gas laser, solid-state laser, likidong laser, at semiconductor lasers. Ang henerasyon ng mga laser ng attosecond ay karaniwang nakasalalay sa media ng laser ng gas, na isinasama ang mga nonlinear optical effects upang magbuo ng mga pagkakatugma na may mataas na order.

Sa pagbubuod, ang mga laser ng Attosecond ay bumubuo ng isang natatanging klase ng mga short-pulse lasers, na nakikilala sa pamamagitan ng kanilang extraordinarily maikling tibok ng tibok, na karaniwang sinusukat sa mga attosecond. Bilang isang resulta, sila ay naging kailangang -kailangan na mga tool para sa pag -obserba at pagkontrol sa mga ultrafast dynamic na proseso ng mga electron sa loob ng mga atomo, molekula, at solidong materyales.

Ang masalimuot na proseso ng Attosecond Laser Generation

Ang teknolohiyang Laser ng Attosecond ay nakatayo sa unahan ng makabagong pang -agham, na ipinagmamalaki ang isang nakakaintriga na mahigpit na hanay ng mga kondisyon para sa henerasyon nito. Upang maipalabas ang mga intricacy ng henerasyon ng laser ng attosecond, nagsisimula kami sa isang maigsi na paglalantad ng mga pinagbabatayan nitong mga prinsipyo, na sinusundan ng matingkad na metapora na nagmula sa pang -araw -araw na karanasan. Ang mga mambabasa na hindi nababago sa mga intricacy ng may -katuturang pisika ay hindi dapat mawalan ng pag -asa, dahil ang mga sumunod na metapora ay naglalayong i -render ang foundational physics ng mga attosecond lasers na maa -access.

Ang proseso ng henerasyon ng mga laser ng attosecond ay pangunahing umaasa sa pamamaraan na kilala bilang High Harmonic Generation (HHG). Una, ang isang sinag ng high-intensity femtosecond (10^-15 segundo) ang mga laser pulses ay mahigpit na nakatuon sa isang materyal na target na gas. Kapansin -pansin na ang mga femtosecond lasers, na katulad ng mga laser ng attosecond, ay nagbabahagi ng mga katangian ng pagkakaroon ng mga maikling tibok ng pulso at mataas na lakas ng rurok. Sa ilalim ng impluwensya ng matinding patlang ng laser, ang mga electron sa loob ng mga atomo ng gas ay pansamantalang pinalaya mula sa kanilang atomic nuclei, na lumilipas na pumapasok sa isang estado ng mga libreng electron. Habang ang mga electron na ito ay nag-oscillate bilang tugon sa larangan ng laser, sa kalaunan ay bumalik sila at muling mag-recombine kasama ang kanilang magulang na atomic nuclei, na lumilikha ng mga bagong estado ng high-energy.

Sa prosesong ito, ang mga electron ay lumilipat sa sobrang mataas na tulin, at sa muling pagsasaayos kasama ang atomic nuclei, naglalabas sila ng karagdagang enerhiya sa anyo ng mga mataas na harmonic emissions, na nagpapakita bilang mga high-energy photon.

Ang mga dalas ng mga bagong nabuong high-energy photon ay integer multiple ng orihinal na dalas ng laser, na bumubuo ng kung ano ang tinatawag na high-order na pagkakaisa, kung saan ang "harmonics" ay nagpapahiwatig ng mga frequency na integral na maraming mga dalas. Upang makamit ang mga laser ng Attosecond, kinakailangan na i-filter at ituon ang mga high-order na harmonics, pagpili ng mga tiyak na pagkakaisa at pag-concentrate sa kanila sa isang focal point. Kung ninanais, ang mga diskarte sa compression ng pulso ay maaaring higit pang paikutin ang tagal ng pulso, na nagbubunga ng mga ultra-short pulses sa saklaw ng Attosecond. Maliwanag, ang henerasyon ng mga laser ng attosecond ay bumubuo ng isang sopistikadong at multifaceted na proseso, na hinihingi ang isang mataas na antas ng teknikal na katapangan at dalubhasang kagamitan.

Upang ma -demystify ang masalimuot na proseso na ito, nag -aalok kami ng isang metaphorical na kahanay na saligan sa pang -araw -araw na mga senaryo:

High-intensity femtosecond laser pulses:

Envision na nagtataglay ng isang pambihirang makapangyarihang catapult na may kakayahang agad na humahagulgol na mga bato sa bilis ng maliliit na bilis, na katulad sa papel na ginagampanan ng high-intensity femtosecond laser pulses.

Gaseous target material:

Larawan ng isang tahimik na katawan ng tubig na sumisimbolo sa materyal na target na gas, kung saan ang bawat droplet ng tubig ay kumakatawan sa maraming mga atomo ng gas. Ang kilos ng mga propelling na bato sa katawan ng tubig na ito ay magkatulad na sumasalamin sa epekto ng high-intensity femtosecond laser pulses sa gas na target na materyal.

Electron Motion and Recombination (pisikal na tinatawag na paglipat):

Kapag ang mga femtosecond laser pulses ay nakakaapekto sa mga atomo ng gas sa loob ng materyal na target na gas, ang isang makabuluhang bilang ng mga panlabas na elektron ay pansamantalang nasasabik sa isang estado kung saan sila tinanggal mula sa kani-kanilang mga atomic nuclei, na bumubuo ng isang estado na tulad ng plasma. Habang ang enerhiya ng system ay kasunod na nababawasan (dahil ang mga laser pulses ay likas na pulsed, na nagtatampok ng mga agwat ng pagtigil), ang mga panlabas na elektron na ito ay bumalik sa kanilang paligid ng atomic nuclei, na naglalabas ng mga high-energy photon.

Mataas na Harmonic Generation:

Isipin sa bawat oras na ang isang droplet ng tubig ay bumabalik sa ibabaw ng lawa, lumilikha ito ng mga ripples, katulad ng mataas na pagkakatugma sa mga laser ng attosecond. Ang mga ripples na ito ay may mas mataas na frequency at amplitude kaysa sa mga orihinal na ripples na dulot ng pangunahing femtosecond laser pulse. Sa panahon ng proseso ng HHG, isang malakas na laser beam, na katulad ng patuloy na paghuhugas ng mga bato, ay nagpapaliwanag ng isang target na gas, na kahawig ng ibabaw ng lawa. Ang matinding patlang ng laser na ito ay nagtutulak ng mga electron sa gas, na magkatulad sa mga ripples, malayo sa kanilang mga atom ng magulang at pagkatapos ay hinila ito pabalik. Sa bawat oras na bumalik ang isang elektron sa atom, naglalabas ito ng isang bagong laser beam na may mas mataas na dalas, na katulad ng mas masalimuot na mga pattern ng ripple.

Pag -filter at pagtuon:

Ang pagsasama -sama ng lahat ng mga bagong nabuong laser beam na ito ay nagbubunga ng isang spectrum ng iba't ibang mga kulay (frequency o haba ng haba), na ang ilan ay bumubuo ng atsecond laser. Upang ibukod ang mga tiyak na laki ng ripple at frequency, maaari kang gumamit ng isang dalubhasang filter, katulad sa pagpili ng nais na mga ripples, at gumamit ng isang magnifying glass upang ituon ang mga ito sa isang tiyak na lugar.

Pulse compression (kung kinakailangan):

Kung naglalayong ipalaganap ang mga ripples nang mas mabilis at mas maikli, maaari mong mapabilis ang kanilang pagpapalaganap gamit ang isang dalubhasang aparato, binabawasan ang oras ng bawat ripple. Ang henerasyon ng mga laser ng attosecond ay nagsasangkot ng isang kumplikadong interplay ng mga proseso. Gayunpaman, kapag nasira at na -visualize, nagiging mas naiintindihan ito.