U značajnoj najavi 3. oktobra 2023. godine, Nobelovu nagradu u fizici za godini 2023. godine otkrila je, prepoznajući izvanredne doprinose tri naučnika koji su igrali pionire u carstvu za lasersko tehnologiju.

Izraz "Attosecond Laser" izvodi svoje ime iz neverovatno kratkog vremenskog okvira, on radi na, posebno redom od attosekundi, što odgovara 10 ^ -18 sekundi. Da bi se uhvatio dubok značaj ove tehnologije, osnovno razumijevanje onoga što je attosecond označava najvažniji. Attosekunda stoji kao krajnjoj minutnom jediničnom vremenu, čine milijardu milijardu sekunde unutar šireg konteksta jednog sekunde. Da bismo to uložili u perspektivu, da li bismo se sviđali na trenutak na visoko na planinu, attosekunda bi bila slična jednoj zrnu pijeska gnijezde u planini. U ovom prelomnom vremenskom intervalu, čak i svjetlost jedva prelazi na udaljenosti ekvivalentnu veličini pojedinog atoma. Kroz korištenje attosekundi, naučnici stječu neviđenu sposobnost za preispitivanje i manipuliranje zamršenim dinamikom elektrona unutar atomskih struktura, sličan u okvirnu reprodukciju reprodukcije u kinematografskom slijedu, na taj način se miješa u svoje interputed.

Laseri od atozekundiPredstavlja vrhunac opsežnih istraživanja i usklađenih napora naučnika, koji su iskoristili principe nelinearne optike za izradu ultrastavih lasera. Njihov je advent opremio s inovativnim vidikovima za promatranje i istraživanje dinamičkih procesa koji prestaju unutar atoma, molekula, pa čak i elektrona u čvrstim materijalima.

Da bi se ojačali prirodu attosekundi i cijeni njihove nekonvencionalne atribute u odnosu na konvencionalne lasere, neophodno je istražiti njihovu kategorizaciju unutar šire "laserske porodice". Klasifikacija valnom dužinom stavlja atosekundi lasere pretežno unutar raspona ultraljubičastog do mekih rendgenskih frekvencija, označavajući svoje znatno kraće talasne dužine za razliku od klasičnih lasera. U pogledu izlaznih režima, laseri od attosekunde spadaju pod kategoriju pulsiranih lasera, karakteriziranih njihovim izuzetno kratkim pulsnom trajanjem. Da biste izvukli analogiju za jasnoću, može se predvidjeti laserima koji se neprestano val kao slično emitira kontinuirani snop svjetlosti, dok pulsirani laseri liče na strobo svjetlo, brzo izmjenjuju između razdoblja osvjetljenja i tame. U suštini, laseri od attosekunda pokazuju pulsirajuće ponašanje u osvjetljenju i tami, ali njihov prijelaz između dva stanja prestaje na zapanjujuću frekvenciju, dostižući carstvo od attosekundi.

Daljnja kategorizacija snage postavlja lasere u nosače srednje snage, srednje snage i velike snage. Laseri od attosekunde postižu visoku vršku snagu zbog izuzetno kratkih pulsa trajanja, što rezultira izraženom vršnom snagom (P) - definirano kao intenzitet energije po jedinici vremena (P = w / t). Iako pojedinačni attosekundi laserski impulsi ne mogu posjedovati izuzetno veliku energiju (W), njihovu skraćenu vremensku opsegu (t) ih prenosi uz povišenu vršnu snagu.

U pogledu primjene domena, laseri raspon spektar koji obuhvaća industrijske, medicinske i naučne primjene. Laseri od attosekunda primarno pronađu svoju nišu u području naučnih istraživanja, posebno u istraživanju brzog razvijanja pojava u domenima fizike i hemije, nudeći prozor u mikrokozmičnim svjetskom dinamičkim procesima.

Kategorizacija laserskim srednjem delineases laserima kao plinski laseri, čvrstim laserima, tečnim laserima i poluvodičkim laserima. Generacija attosekundi lasera obično šarke na plinski laserski medij, kapitaliziraju se nelinearni optički efekti da bi se uključilo harmonika visokog reda.

Skupljajući, attosekundi laseri predstavljaju jedinstvenu klasu lasera s kratkim pulsom, odlikuje se njihovim izuzetno kratkim pulsnom trajanjem, obično mjerenih u atosekundi. Kao rezultat toga, postali su neizostavni alati za promatranje i kontrolu ultrastavih dinamičkih procesa elektrona unutar atoma, molekula i čvrstih materijala.

Razrađeni postupak generacije lasera od attosekunde

Attosecond laserska tehnologija stoji na čelu naučnih inovacija, koji se hvata s intrigantnim rigoroznim setom uslova za njegovu generaciju. Da bi se razvijati intrikcije laserske generacije od attosekunde, započinjemo sažetim izložbama njenih osnovnih principa, nakon čega slijede živopisne metafore izvedene iz svakodnevnih iskustava. Čitatelji su neizvještavali u metljaci relevantne fizike ne treba očaj, jer namijenjena metafora za cilj da se temeljnu fiziku odvodnika lasera dostupnim dostupnim dostupnim.

Proces generacije lasera od attosekundi se prvenstveno oslanja na tehniku ​​poznatu kao visoku harmoničnu generaciju (HHG). Prvo, greda visokog intenziteta femtosekunda (10 ^ -15 sekundi) laserskih impulsa čvrsto je fokusiran na plinovit ciljni materijal. Vrijedi napomenuti da femtosekundi laseri, slični attosekundi laserima, dijele karakteristike posjedovanja kratkih pulsa trajanja i visoku vršnu snagu. Pod utjecajem intenzivnog laserskog polja, elektroni unutar plinskih atoma nalaze se na trenutak oslobođeni njihovih atomskog jezgara, prolazno ulaze u stanje slobodnih elektrona. Kako ovi elektroni osciliraju kao odgovor na lasersko polje, na kraju se vraćaju i rekombin sa matičnim atomskim jezgrama, stvarajući nove visokoenergetske države.

Tokom ovog procesa elektroni se kreću po izuzetno velikim brzinama, a nakon rekombinacije s atomskom jezgrama oslobađaju dodatnu energiju u obliku visokih harmoničnih emisija, manifestiraju kao visokoenergetski fotoni.

Frekvencije ovih novo generiranih visokoenergetskih fotona su cijele množiteljice izvorne laserske frekvencije, formirajući ono što se naziva harmoničnosti visokog reda, gdje "harmonika" označava frekvencije originalne frekvencije. Da biste postigli lasere od attosekundi, postaje potrebno filtrirati i fokusirati ove harmonike s visokim redoslijedom, odabirom specifičnih harmonika i koncentrirati ih u žarišnu tačku. Po želji, tehnike kompresije impulsa mogu se dodatno skraćivati ​​trajanje pulsa, što ugleda ultra kratkim impulsima u attosecond rasponu. Očigledno, generacija lasera od attosekundi predstavlja sofisticirani i višestruki proces, zahtijevajući visok stupanj tehničke i specijalizirane opreme.

Da bismo razmirili ovaj zamršen proces, nudimo metaforičku paralelu utemeljene u svakodnevnim scenarijima:

Vrhunski femtosekund laserski pulsi:

Zamislite da posjeduje izuzetno moćna katapulta sposobna za trenutačno haljina kamenja na kolosalnim brzinama, slična ulozi koje se igralo visokim intenzitetom femtosecond laserskim impulsima.

Gasovit ciljni materijal:

Zamislite mirno tijelo vode koje simbolizira gasovitni ciljni materijal, gdje svaka kapljica vode predstavlja bezbroj atoma plina. Čin odgojnog kamenja u ovo tijelo vode analogno ogleda utjecaj visokog intenziteta femtosecond laserskih pulsa na plinovit ciljni materijal.

Motion i rekombinacija elektrona (fizički nazvana tranzicija):

Kada femtosekundi laserski impulsi utječu na plinske atome u plinskim ciljanim materijalom, značajan broj vanjskih elektrona na trenutak je uzbuđen u državu u kojoj se odvajaju od svojih atomskih jezgara, čineći državu poput plazme. Kako se energija sustava nakon toga smanjuje (pošto su laserski impulsi inherentno pulsirani, s tim da se intervali prestaje), ovi vanjski elektroni vraćaju u svoju blizinu atomskog jezgara, oslobađajući visokoenergetske fotone.

Visoka harmonska generacija:

Zamislite svaki put kada se kapljica vode padne na površinu jezera, stvara valove, slično visokim harmonikama u attosekundijskim laserima. Ovi valovi imaju veće frekvencije i amplitude od originalnih talasa uzrokovanih primarnim femtosekundi laserskim pulsom. Tokom HHG procesa, snažan laserski snop, sličan kontinuirano bacanjem kamenja, osvjetljava tetu plina, nalik na površinu jezera. Ovaj intenzivni laserski polje potiče elektrone u plinu, analognim valovima, daleko od svojih roditeljskih atoma, a zatim ih povuče natrag. Svaki put kada se elektron vraća u atom, on emituje novi laserski snop s višom frekvencijom, slično zamrljeni zamršenijih riblica.

Filtriranje i fokusiranje:

Kombinovanje svih ovih novo generiranih laserskih greda daju spektar različitih boja (frekvencija ili talasne dužine), od kojih neki čine attosekund laser. Da biste izolirali specifične rijeke i frekvencije, možete koristiti specijalizirani filter, sličan odabiru željenih valja i zaposlite povijančko staklo da biste ih fokusirali na određeno područje.

Kompresija impulsa (ako je potrebno):

Ako nahtežete za cilj širiti valjke brže i kraće, možete ubrzati njihovu širenje pomoću specijaliziranog uređaja, smanjujući vrijeme koje traje svaki puknut. Generacija attosekundi lasera uključuje složenu međusobnu interakciju procesa. Međutim, kada se podijeli i vizualiziraju, postaje sve razumljiviji.