Katika tangazo kubwa wakati wa jioni ya Oktoba 3, 2023, Tuzo la Nobel katika Fizikia kwa mwaka 2023 lilifunuliwa, kwa kutambua michango bora ya wanasayansi watatu ambao wamecheza majukumu muhimu kama waanzilishi katika ulimwengu wa teknolojia ya Attosecond Laser.

Neno "Attosecond laser" linapata jina lake kutoka kwa muda mfupi sana unaofanya kazi, haswa katika mpangilio wa Attoseconds, sambamba na sekunde 10^-18. Ili kufahamu umuhimu mkubwa wa teknolojia hii, ufahamu wa kimsingi wa kile ambacho Attosecond inaashiria ni muhimu. Attosecond inasimama kama kitengo cha dakika sana cha dakika, ikifanya bilioni moja ya bilioni ya sekunde ndani ya muktadha mpana wa sekunde moja. Kuweka mtazamo huu, ikiwa tungelinganisha sekunde na mlima mrefu, attosecond ingekuwa sawa na nafaka moja ya mchanga uliowekwa kwenye msingi wa mlima. Katika muda huu wa muda mfupi, hata mwanga hauwezi kupita umbali sawa na saizi ya chembe ya mtu binafsi. Kupitia utumiaji wa lasers ya Attosecond, wanasayansi wanapata uwezo ambao haujawahi kuchunguza na kudanganya mienendo ya elektroni ndani ya miundo ya atomiki, sawa na muundo wa mwendo wa polepole katika mlolongo wa sinema, na hivyo, na hivyo kuharibika kwa maingiliano yao.

Attosecond laserskuwakilisha kilele cha utafiti wa kina na juhudi za pamoja na wanasayansi, ambao wametumia kanuni za macho zisizo za kawaida kwa ujanja wa lasers. Ujio wao umetupa nafasi ya ubunifu ya uchunguzi na uchunguzi wa michakato ya nguvu inayopita ndani ya atomi, molekuli, na hata elektroni katika vifaa vikali.

Ili kufafanua asili ya lasers ya Attosecond na kuthamini sifa zao zisizo za kawaida kwa kulinganisha na lasers za kawaida, ni muhimu kuchunguza ugawaji wao ndani ya "familia ya laser." Uainishaji na wavelength huweka lasers lasers mara nyingi ndani ya safu ya ultraviolet kwa masafa laini ya X-ray, kuashiria mawimbi yao mafupi tofauti na lasers za kawaida. Kwa upande wa njia za pato, lasers za Attosecond huanguka chini ya kitengo cha lasers pulsed, iliyoonyeshwa na durations zao fupi za mapigo. Ili kuteka mfano kwa uwazi, mtu anaweza kutafakari lasers zinazoendelea-sawa na tochi inayotoa boriti inayoendelea ya mwanga, wakati lasers zilizopigwa zinafanana na taa ya stack, ikibadilishana haraka kati ya vipindi vya kuangaza na giza. Kwa asili, lasers za Attosecond zinaonyesha tabia ya kupendeza ndani ya mwangaza na giza, bado mabadiliko yao kati ya majimbo haya mawili yanapita kwa masafa ya kushangaza, na kufikia ulimwengu wa Attoseconds.

Uainishaji zaidi na nguvu huweka lasers ndani ya nguvu za chini, nguvu za kati, na mabano ya nguvu ya juu. Lasers za Attosecond zinafikia nguvu kubwa ya kilele kwa sababu ya muda mfupi wa kunde, na kusababisha nguvu ya kilele (P) - hufafanuliwa kama nguvu ya nishati kwa wakati wa kitengo (p = w/t). Ingawa mapigo ya laser ya mtu binafsi ya Attosecond hayawezi kuwa na nishati kubwa (W), kiwango chao cha muda mfupi (T) kinawapa nguvu kubwa ya kilele.

Kwa upande wa vikoa vya maombi, lasers huweka wigo unaojumuisha matumizi ya viwandani, matibabu, na kisayansi. Attosecond lasers kimsingi hupata niche yao ndani ya ulimwengu wa utafiti wa kisayansi, haswa katika uchunguzi wa matukio yanayoibuka haraka ndani ya vikoa vya fizikia na kemia, ikitoa dirisha ndani ya michakato ya nguvu ya ulimwengu ya microcosmic.

Uainishaji wa laser kati hufafanua lasers kama lasers za gesi, lasers-hali, lasers kioevu, na semiconductor lasers. Kizazi cha lasers ya Attosecond kawaida hutegemea kwenye vyombo vya habari vya laser ya gesi, ikitoa mtaji juu ya athari za macho zisizo za moja kwa moja ili kukuza maelewano ya hali ya juu.

Katika DRM, Attosecond lasers huunda darasa la kipekee la lasers fupi-pulse, zinazojulikana na durations zao fupi za kawaida, kawaida hupimwa katika Attoseconds. Kama matokeo, zimekuwa zana muhimu za kuangalia na kudhibiti michakato ya nguvu ya elektroni ndani ya atomi, molekuli, na vifaa vikali.

Mchakato wa kufafanua wa kizazi cha laser cha Attosecond

Teknolojia ya Attosecond Laser imesimama mstari wa mbele katika uvumbuzi wa kisayansi, ikijivunia hali ngumu ya hali ya kizazi chake. Ili kufafanua ugumu wa kizazi cha laser ya Attosecond, tunaanza na ufafanuzi mfupi wa kanuni zake za msingi, ikifuatiwa na mifano wazi inayotokana na uzoefu wa kila siku. Wasomaji hawakuingiliana katika ugumu wa fizikia husika hawahitaji kukata tamaa, kwani mifano inayofuata inakusudia kutoa fizikia ya msingi ya lasers ya Attosecond kupatikana.

Mchakato wa kizazi cha lasers ya Attosecond kimsingi hutegemea mbinu inayojulikana kama kizazi cha juu cha harmonic (HHG). Kwanza, boriti ya kiwango cha juu cha kiwango cha juu (10^-15 sekunde) pulses za laser zinalenga sana kwenye nyenzo za lengo la gaseous. Inastahili kuzingatia kwamba lasers za femtosecond, sawa na lasers ya Attosecond, hushiriki sifa za kuwa na durations fupi za kunde na nguvu kubwa ya kilele. Chini ya ushawishi wa uwanja mkubwa wa laser, elektroni ndani ya atomi za gesi huokolewa kwa muda kutoka kwa kiini cha atomiki, huingia kwa muda mfupi katika hali ya elektroni za bure. Wakati elektroni hizi zinapokamilika kwa kujibu uwanja wa laser, mwishowe hurudi na kurudia tena na kiini cha atomiki ya mzazi, na kuunda majimbo mapya ya nguvu.

Wakati wa mchakato huu, elektroni hutembea kwa kasi kubwa sana, na juu ya kurudiwa tena na kiini cha atomiki, huachilia nishati ya ziada kwa njia ya uzalishaji mkubwa wa usawa, ikionyesha kama picha zenye nguvu.

Masafa ya picha hizi mpya za nishati ya juu ni idadi kubwa ya frequency ya asili ya laser, na kutengeneza kile kinachoitwa maelewano ya hali ya juu, ambapo "maelewano" yanaonyesha masafa ambayo ni kuzidisha kwa masafa ya asili. Ili kupata lasers ya Attosecond, inakuwa muhimu kuchuja na kuzingatia maelewano haya ya hali ya juu, kuchagua maelewano maalum na kuzizingatia katika eneo la kuzingatia. Ikiwa inataka, mbinu za compression za mapigo zinaweza kufupisha muda wa mapigo, ikitoa mapigo ya fupi katika safu ya Attosecond. Kwa wazi, kizazi cha lasers ya Attosecond hufanya mchakato wa kisasa na wenye nguvu nyingi, na kudai kiwango cha juu cha uwezo wa kiufundi na vifaa maalum.

Ili kubatilisha mchakato huu mgumu, tunatoa sambamba ya mfano katika hali za kila siku:

Vipimo vya kiwango cha juu cha femtosecond laser:

Fikiria kuwa na manati yenye nguvu ya kipekee yenye uwezo wa kurusha mawe mara moja kwa kasi kubwa, sawa na jukumu lililochezwa na mapigo ya kiwango cha juu cha laser.

Nyenzo za lengo la gaseous:

Fikiria mwili wa maji wa utulivu ambao unaashiria nyenzo za lengo la gaseous, ambapo kila matone ya maji yanawakilisha atomi za gesi nyingi. Kitendo cha kusukuma mawe ndani ya mwili huu wa maji huonyesha athari za kiwango cha juu cha laser ya kiwango cha juu cha laser kwenye nyenzo za lengo la gaseous.

Mwendo wa elektroni na kuchakata tena (mabadiliko ya kawaida ya mwili):

Wakati mapigo ya laser ya femtosecond yanaathiri atomi za gesi ndani ya nyenzo za lengo la gase, idadi kubwa ya elektroni za nje zinafurahi kwa muda mfupi kwa hali ambayo huachana na kiini chao cha atomiki, na kutengeneza hali kama ya plasma. Kadiri nishati ya mfumo inavyopungua baadaye (kwa kuwa mapigo ya laser hupigwa asili, yaliyo na vipindi vya kukomesha), elektroni hizi za nje zinarudi karibu na kiini cha atomiki, ikitoa picha za juu.

Kizazi cha juu cha usawa:

Fikiria kila wakati matone ya maji yanaporudi kwenye uso wa ziwa, hutengeneza ripples, kama vile maelewano ya juu katika lasers ya Attosecond. Ripples hizi zina masafa ya juu na nyongeza kuliko ripples asili inayosababishwa na kunde wa msingi wa laser ya femtosecond. Wakati wa mchakato wa HHG, boriti yenye nguvu ya laser, sawa na kutuliza mawe, huangazia lengo la gesi, inafanana na uso wa ziwa. Shamba hili kali la laser linatoa elektroni kwenye gesi, ya kushangaza kwa ripples, mbali na atomi za mzazi na kisha kuzivuta nyuma. Kila wakati elektroni inarudi kwenye atomi, hutoa boriti mpya ya laser na masafa ya juu, sawa na mifumo ngumu zaidi ya ripple.

Kuchuja na kuzingatia:

Kuchanganya mihimili hii yote ya laser iliyotengenezwa mpya hutoa wigo wa rangi tofauti (masafa au mawimbi), ambayo mengine yana laser ya Attosecond. Ili kutenganisha ukubwa maalum na masafa, unaweza kuajiri kichujio maalum, sawa na kuchagua ripples zinazotaka, na kuajiri glasi kubwa ili kuzizingatia kwenye eneo fulani.

Pulse compression (ikiwa ni lazima):

Ikiwa unakusudia kueneza ripples haraka na fupi, unaweza kuharakisha uenezi wao kwa kutumia kifaa maalum, kupunguza wakati kila ripple inadumu. Kizazi cha lasers ya Attosecond inajumuisha maingiliano magumu ya michakato. Walakini, wakati imevunjwa na kuonyeshwa, inakuwa inaeleweka zaidi.