Sa isang napakahalagang anunsyo noong gabi ng Oktubre 3, 2023, ang Nobel Prize sa Physics para sa taong 2023 ay inihayag, na kinikilala ang mga natitirang kontribusyon ng tatlong siyentipiko na gumanap ng mahahalagang tungkulin bilang mga pioneer sa larangan ng attosecond laser technology.

Ang terminong "attosecond laser" ay nagmula sa pangalan nito mula sa hindi kapani-paniwalang maikling timescale kung saan ito gumagana, partikular sa pagkakasunud-sunod ng mga attosecond, na tumutugma sa 10^-18 segundo. Upang maunawaan ang malalim na kahalagahan ng teknolohiyang ito, ang pangunahing pag-unawa sa kung ano ang ibig sabihin ng attosecond ay pinakamahalaga. Ang isang attosecond ay nakatayo bilang isang napaka-minutong yunit ng oras, na bumubuo ng isang bilyon ng isang bilyon ng isang segundo sa loob ng mas malawak na konteksto ng isang segundo. Upang ilagay ito sa pananaw, kung ihahalintulad natin ang isang segundo sa isang matayog na bundok, ang isang attosecond ay magiging katulad ng isang butil ng buhangin na matatagpuan sa base ng bundok. Sa panandaliang temporal na agwat na ito, kahit na ang liwanag ay halos hindi makadaan sa isang distansya na katumbas ng laki ng isang indibidwal na atom. Sa pamamagitan ng paggamit ng attosecond lasers, nagkakaroon ang mga siyentipiko ng hindi pa nagagawang kakayahan na suriin at manipulahin ang masalimuot na dinamika ng mga electron sa loob ng mga atomic na istruktura, na katulad ng isang frame-by-frame na slow-motion replay sa isang cinematic sequence, at sa gayon ay sinisiyasat ang kanilang interplay.

Attosecond laserskumakatawan sa paghantong ng malawak na pananaliksik at pinagsama-samang pagsisikap ng mga siyentipiko, na ginamit ang mga prinsipyo ng nonlinear na optika upang makagawa ng mga ultrafast na laser. Ang kanilang pagdating ay nagbigay sa amin ng isang makabagong vantage point para sa pagmamasid at paggalugad ng mga dynamic na proseso na lumilitaw sa loob ng mga atomo, molekula, at maging ang mga electron sa mga solidong materyales.

Upang linawin ang likas na katangian ng mga attosecond laser at pahalagahan ang kanilang mga hindi kinaugalian na katangian kumpara sa mga maginoo na laser, kinakailangang tuklasin ang kanilang pagkakategorya sa loob ng mas malawak na "pamilya ng laser." Ang pag-uuri ayon sa wavelength ay naglalagay ng mga attosecond laser na nakararami sa hanay ng ultraviolet hanggang sa malambot na X-ray na mga frequency, na nagpapahiwatig ng kanilang kapansin-pansing mas maiikling mga wavelength kumpara sa mga karaniwang laser. Sa mga tuntunin ng mga mode ng output, ang mga attosecond laser ay nasa ilalim ng kategorya ng mga pulsed laser, na nailalarawan sa kanilang napakaikling tagal ng pulso. Upang gumuhit ng isang pagkakatulad para sa kalinawan, maaaring isipin ng isa ang tuluy-tuloy na alon na mga laser na katulad ng isang flashlight na naglalabas ng tuluy-tuloy na sinag ng liwanag, habang ang mga pulsed laser ay kahawig ng isang strobe light, na mabilis na nagpapalit sa pagitan ng mga panahon ng pag-iilaw at kadiliman. Sa esensya, ang mga attosecond laser ay nagpapakita ng isang tumitibok na pag-uugali sa loob ng pag-iilaw at kadiliman, ngunit ang kanilang paglipat sa pagitan ng dalawang estado ay lumilitaw sa isang kahanga-hangang dalas, na umaabot sa kaharian ng mga attosecond.

Ang karagdagang pagkakategorya ayon sa kapangyarihan ay naglalagay ng mga laser sa mababang lakas, katamtamang lakas, at mataas na kapangyarihan na mga bracket. Ang mga attosecond laser ay nakakamit ng mataas na peak power dahil sa kanilang napakaikling tagal ng pulso, na nagreresulta sa isang binibigkas na peak power (P) - na tinukoy bilang ang intensity ng enerhiya sa bawat yunit ng oras (P=W/t). Kahit na ang mga indibidwal na attosecond laser pulse ay maaaring hindi nagtataglay ng napakalaking enerhiya (W), ang kanilang pinaikling temporal na lawak (t) ay nagbibigay sa kanila ng nakataas na peak power.

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

Ang pagkakategorya ayon sa medium ng laser ay naglalarawan ng mga laser bilang mga gas laser, solid-state laser, liquid laser, at semiconductor laser. Ang henerasyon ng mga attosecond laser ay kadalasang nakadepende sa gas laser media, na ginagamit ang mga nonlinear optical effect upang makagawa ng mga high-order na harmonic.

Sa kabuuan, ang mga attosecond laser ay bumubuo ng isang natatanging klase ng mga short-pulse laser, na nakikilala sa pamamagitan ng kanilang hindi pangkaraniwang maikling tagal ng pulso, na karaniwang sinusukat sa attosecond. Bilang resulta, sila ay naging kailangang-kailangan na kasangkapan para sa pagmamasid at pagkontrol sa napakabilis na dinamikong proseso ng mga electron sa loob ng mga atomo, molekula, at solidong materyales.

Ang Detalyadong Proseso ng Attosecond Laser Generation

Ang teknolohiyang laser ng Attosecond ay nangunguna sa makabagong siyentipiko, na ipinagmamalaki ang isang nakakaintriga na mahigpit na hanay ng mga kundisyon para sa henerasyon nito. Upang linawin ang mga intricacies ng attosecond laser generation, magsisimula kami sa isang maigsi na paglalahad ng mga pinagbabatayan nitong mga prinsipyo, na sinusundan ng matingkad na metapora na nagmula sa pang-araw-araw na karanasan. Hindi kailangang mawalan ng pag-asa ang mga mambabasa na hindi alam sa mga intricacies ng nauugnay na pisika, dahil ang mga sumunod na metapora ay naglalayong gawing naa-access ang foundational physics ng attosecond lasers.

Ang proseso ng pagbuo ng mga attosecond laser ay pangunahing umaasa sa pamamaraan na kilala bilang High Harmonic Generation (HHG). Una, ang isang sinag ng high-intensity femtosecond (10^-15 segundo) laser pulse ay mahigpit na nakatutok sa isang gaseous na target na materyal. Kapansin-pansin na ang mga femtosecond laser, na katulad ng mga attosecond laser, ay nagbabahagi ng mga katangian ng pagkakaroon ng maikling tagal ng pulso at mataas na peak power. Sa ilalim ng impluwensya ng matinding laser field, ang mga electron sa loob ng mga atom ng gas ay pansamantalang pinalaya mula sa kanilang atomic nuclei, na lumilipas na pumapasok sa isang estado ng mga libreng electron. Habang nag-o-oscillate ang mga electron na ito bilang tugon sa larangan ng laser, sa kalaunan ay bumalik sila at muling pinagsama sa kanilang parent atomic nuclei, na lumilikha ng mga bagong estado na may mataas na enerhiya.

Sa panahon ng prosesong ito, ang mga electron ay gumagalaw sa napakataas na bilis, at sa muling pagsasama sa atomic nuclei, naglalabas sila ng karagdagang enerhiya sa anyo ng mataas na harmonic emissions, na nagpapakita bilang high-energy photon.

Ang mga frequency ng mga bagong nabuong high-energy na photon na ito ay integer multiple ng orihinal na laser frequency, na bumubuo sa tinatawag na high-order harmonics, kung saan ang "harmonics" ay tumutukoy sa mga frequency na integral na multiple ng orihinal na frequency. Upang makamit ang mga attosecond laser, kinakailangan na i-filter at ituon ang mga high-order na harmonic na ito, pagpili ng mga partikular na harmonika at pag-concentrate ang mga ito sa isang focal point. Kung ninanais, ang mga diskarte sa pag-compress ng pulso ay maaaring higit pang paikliin ang tagal ng pulso, na nagbubunga ng mga ultra-maikling pulso sa hanay ng attosecond. Maliwanag, ang henerasyon ng attosecond lasers ay bumubuo ng isang sopistikado at multifaceted na proseso, na nangangailangan ng mataas na antas ng teknikal na kahusayan at espesyal na kagamitan.

Para i-demystify ang masalimuot na prosesong ito, nag-aalok kami ng metaphorical parallel na pinagbabatayan sa mga pang-araw-araw na sitwasyon:

High-Intensity Femtosecond Laser Pulse:

Isipin ang pagkakaroon ng isang napakalakas na tirador na may kakayahang agad na magbato ng mga bato sa napakalaking bilis, na katulad ng papel na ginagampanan ng high-intensity na femtosecond laser pulses.

Gaseous na Target na Materyal:

Larawan ng isang tahimik na anyong tubig na sumasagisag sa gaseous na target na materyal, kung saan ang bawat patak ng tubig ay kumakatawan sa napakaraming gas atoms. Ang pagkilos ng pagtutulak ng mga bato sa katawan ng tubig na ito ay kahalintulad na sinasalamin ang epekto ng high-intensity na femtosecond laser pulse sa gaseous na target na materyal.

Electron Motion and Recombination (Pisikal na Tinatawag na Transition):

Kapag ang femtosecond laser pulse ay nakakaapekto sa mga atom ng gas sa loob ng gaseous na target na materyal, isang malaking bilang ng mga panlabas na electron ang nasasabik sa isang estado kung saan sila humihiwalay mula sa kani-kanilang atomic nuclei, na bumubuo ng isang plasma-like state. Habang ang enerhiya ng system ay kasunod na lumiliit (dahil ang mga pulso ng laser ay likas na pulso, na nagtatampok ng mga pagitan ng pagtigil), ang mga panlabas na electron na ito ay bumalik sa kanilang paligid ng atomic nuclei, na naglalabas ng mga high-energy na photon.

High Harmonic Generation:

Isipin sa bawat oras na bumabalik ang isang patak ng tubig sa ibabaw ng lawa, lumilikha ito ng mga ripples, katulad ng mga high harmonic sa attosecond lasers. Ang mga ripple na ito ay may mas mataas na mga frequency at amplitude kaysa sa orihinal na mga ripple na dulot ng pangunahing femtosecond laser pulse. Sa panahon ng proseso ng HHG, isang malakas na laser beam, na katulad ng patuloy na paghahagis ng mga bato, ang nagpapailaw sa isang gas target, na kahawig ng ibabaw ng lawa. Ang matinding laser field na ito ay nagtutulak ng mga electron sa gas, na kahalintulad sa mga ripples, palayo sa kanilang mga atomo ng magulang at pagkatapos ay hinihila sila pabalik. Sa bawat oras na bumalik ang isang elektron sa atom, naglalabas ito ng bagong laser beam na may mas mataas na frequency, katulad ng mas masalimuot na pattern ng ripple.

Pag-filter at Pagtutuon:

Ang pagsasama-sama ng lahat ng mga bagong nabuong laser beam na ito ay nagbubunga ng isang spectrum ng iba't ibang kulay (mga frequency o wavelength), na ang ilan ay bumubuo sa attosecond laser. Upang ihiwalay ang mga partikular na laki at frequency ng ripple, maaari kang gumamit ng espesyal na filter, katulad ng pagpili ng mga gustong ripple, at gumamit ng magnifying glass upang ituon ang mga ito sa isang partikular na lugar.

Pulse Compression (kung kinakailangan):

Kung nilalayon mong magpalaganap ng mga ripple nang mas mabilis at mas maikli, maaari mong pabilisin ang pagpapalaganap ng mga ito gamit ang isang espesyal na aparato, na binabawasan ang oras na tumatagal ang bawat ripple. Ang henerasyon ng attosecond lasers ay nagsasangkot ng isang kumplikadong interplay ng mga proseso. Gayunpaman, kapag pinaghiwa-hiwalay at na-visualize, nagiging mas mauunawaan ito.