Vuoden 2023 Nobelin fysiikan palkinto, joka on 3. lokakuuta 2023, paljastettiin merkityksellisessä ilmoituksessa.

Termi "attesekunnin laser" saa nimensä uskomattoman lyhyestä aikataulusta, jonka se toimii, erityisesti attekuntien järjestyksessä, joka vastaa 10^-18 sekuntia. Tämän tekniikan syvällisen merkityksen ymmärtäminen, perustavanlaatuinen ymmärrys siitä, mitä atotosekuntia tarkoittaa, on ensiarvoisen tärkeää. Attescond on erittäin minuutin aikayksikkö, joka muodostaa miljardin sekunnin miljardin osan yhden sekunnin laajemmassa yhteydessä. Tämän perspektiiviin asettamiseksi, jos olisimme vertaamaan sekuntia kohoavaan vuoreen, atotosekunti on samanlainen kuin vuoren tukikohdassa sijaitseva hiekkajyvä. Tässä ohimenevässä ajallisessa aikavälissä jopa valo voi tuskin kulkea etäisyyttä, joka vastaa yksittäisen atomin kokoa. Attesekunnin laserien hyödyntämisen avulla tutkijat saavat ennennäkemättömän kyvyn tutkia ja manipuloida atomirakenteissa olevien elektronien monimutkaista dynamiikkaa, samanlainen kuin kehyksen kehyksen hitaasti-toisto elokuvallisessa sekvenssissä, joutuen siten vuorovaikutukseen.

Atotosekunnin laseritedustavat laajan tutkimuksen huipentumista ja tutkijoiden koordinoidut ponnistelut, jotka ovat hyödyntäneet epälineaarisen optiikan periaatteita ultrasasvien laserien valmistamiseksi. Heidän adventinsa on antanut meille innovatiivisen näkökulman atomien, molekyylien ja jopa kiinteiden materiaalien dynaamisten prosessien tarkkailuun ja tutkimiseen.

Attesekunnin laserien luonteen selvittämiseksi ja heidän epätavanomaisten ominaisuuksiensa arvostamiseksi perinteisiin laseriin verrattuna on välttämätöntä tutkia heidän luokittelua laajemmassa "laserperheessä". Luokittelu aallonpituudella sijoittaa attesekunnin laserit pääasiassa ultravioletin alueella pehmeisiin röntgentaajuuksiin, mikä merkitsee niiden huomattavasti lyhyempiä aallonpituuksia toisin kuin tavanomaiset laserit. Lähtömoodien suhteen attesekunnin laserit kuuluvat pulssilaserien luokkaan, joille on ominaista niiden erittäin lyhyet pulssin kestot. Selvyyden analogian piirtämiseksi voidaan kuvitella jatkuvia aaltolasereita samankaltaisena kuin taskulamppu, joka säteilee jatkuvaa valonsätettä, kun taas pulssi-laserit muistuttavat lajikevaloa, vuorotellen nopeasti valaistusjaksojen ja pimeyden välillä. Pohjimmiltaan attekunnin lasereilla on sykkivä käyttäytyminen valaistuksen ja pimeyden sisällä, mutta niiden siirtyminen kahden valtion välillä käy ilmi hämmästyttävällä taajuudella saavuttaen attekuntien valtakunnan.

Lisäluokittelu tehopaikkojen avulla laserit pienitehoisiin, keskisuurten ja suuritehoisiin kiinnikkeisiin. Attesekunnin laserit saavuttavat korkean huipputehon johtuen niiden erittäin lyhyistä pulssin kestosta, mikä johtaa voimakkaaseen piikkitehoon (P) - määritelty energian voimakkuudeksi yksikköä kohti (p = W/T). Vaikka yksittäisillä attesekunnin laserpulsseilla ei välttämättä ole poikkeuksellisen suurta energiaa (W), niiden lyhennetty ajallinen laajuus (T) antaa ne kohonneella huippuvoimalla.

Sovellusalueiden suhteen laserit kattavat spektrin, joka kattaa teollisuuden, lääketieteelliset ja tieteelliset sovellukset. Attescond -laserit löytävät ensisijaisesti kapeansa tieteellisen tutkimuksen alueella, etenkin nopeasti kehittyvien ilmiöiden tutkinnassa fysiikan ja kemian alueilla tarjoamalla ikkunan mikrokosmisen maailman SWIFT -dynaamisiin prosesseihin.

Laser-keskipitkällä luokittelu rajaa lasereita kaasulasereina, kiinteän tilan lasereina, nestemäisissä lasereina ja puolijohdelasereina. Attesekunnin laserien luominen riippuu tyypillisesti kaasulaservälineistä hyödyntäen epälineaarisia optisia vaikutuksia korkean asteen harmonisten harmonisten aikaansaamiseksi.

Yhteenvetona voidaan todeta, että attekunnin laserit muodostavat ainutlaatuisen luokan lyhyen pulssin lasereita, jotka on erotettu heidän poikkeuksellisen lyhyistä pulssin kestosta, jotka ovat tyypillisesti mitattuja atotosekunnissa. Seurauksena on, että niistä on tullut välttämättömiä työkaluja atomien, molekyylien ja kiinteiden materiaalien elektronien ultraopean dynaamisten prosessien tarkkailemiseksi ja hallitsemiseksi.

ATTOSECOND LASER -GENTAINEN HENKILÖSTÄ

AttoSecond Laser -teknologia on tieteellisen innovaatioiden eturintamassa, ja se ylpeilee mielenkiintoisesti tiukasta olosuhteista sen sukupolvelle. Attesekunnin laser -sukupolven monimutkaisuuksien selvittämiseksi aloitamme tiivisnäyttelyssä sen taustalla olevista periaatteista, mitä seuraa elävät metafoorit, jotka on johdettu jokapäiväisistä kokemuksista. LUKITTAMISET, JOTKA KAIKKIA FYSIKAISEN FYSIKAISEN MUKAUTUKSEN MUKAUTUKSET, EI tarvitse epätoivoa, koska seuraavien metafoorien tavoitteena on tehdä ATTOSECOND -laserien perusfysiikasta saataville.

Attesekunnin laserien tuotantoprosessi riippuu ensisijaisesti tekniikasta, joka tunnetaan nimellä korkea harmoninen sukupolvi (HHG). Ensinnäkin korkean intensiteetin femtosekunnin (10^-15 sekunnin) laserpulssien säde on tiiviisti keskittynyt kaasumaiseen kohdemateriaaliin. On syytä huomata, että femtosekunnin laserit, jotka ovat samankaltaisia ​​kuin ATTSECOND -laserit, on ominaisuudet, jotka koskevat lyhyiden pulssin keston ja korkean huipputehon hallussapidosta. Intensiivisen laserkentän vaikutuksen alaisena kaasuatomien elektronit vapautuvat hetkeksi niiden atomien ytimistä, jotka saapuvat väliaikaisesti vapaiden elektronien tilaan. Kun nämä elektronit värähtelevät vasteena laserkentälle, ne lopulta palaavat ja yhdistyvät vanhemman atomiydinsä kanssa luomalla uusia korkeaenergiavaltioita.

Tämän prosessin aikana elektronit liikkuvat erittäin suurilla nopeuksilla ja atomi-ytimien kanssa yhdistyessä ne vapauttavat ylimääräistä energiaa korkeiden harmonisten päästöjen muodossa, mikä ilmenee korkean energian fotoneina.

Näiden äskettäin tuotettujen korkeaenergisten fotonien taajuudet ovat alkuperäisen lasertaajuuden kokonaislukukertoja, jotka muodostavat sen, mitä kutsutaan korkean kertaluvun harmonikoiksi, joissa "harmoniset" tarkoittaa taajuuksia, jotka ovat alkuperäisen taajuuden olennaisia ​​kertoja. Attesekunnin laserien saavuttamiseksi on tarpeen suodattaa ja keskittää nämä korkean asteen harmoniset harmonikat, valitsemalla erityiset harmoniset ja keskittämällä ne keskipisteeseen. Pulssin puristustekniikat voivat haluttaessa lyhentää pulssin kestoa, jolloin saadaan ultra-lyhyt pulssit attekuntialueella. Ilmeisesti ATTOSECOND -laserien luominen on hienostunut ja monipuolinen prosessi, joka vaatii korkeaa teknistä kykyä ja erikoistuneita laitteita.

Tämän monimutkaisen prosessin demysoimiseksi tarjoamme metaforisen rinnakkaisen, joka perustuu jokapäiväisiin skenaarioihin:

Korkean intensiteetin femtosekunnin laserpulssit:

Kuvittele, jolla on poikkeuksellisen voimakas katapultti, joka kykenee heittämään välittömästi kiviä kolossaalisilla nopeuksilla, samankaltainen kuin korkean intensiteetin femtosekunnin laserpulssien rooli.

Kaasumainen kohdemateriaali:

Kuva rauhallinen vesistö, joka symboloi kaasumaista kohdemateriaalia, jossa jokainen vesipisara edustaa lukemattomia kaasuatomeja. Kivien ajaminen tähän vesistöön heijastaa analogisesti korkean intensiteetin femtosekunnin laserpulssien vaikutusta kaasumaiseen kohdemateriaaliin.

Elektronien liike ja rekombinaatio (fyysisesti nimeltään siirtymä):

Kun femtosekunnin laserpulssit vaikuttavat kaasumaisen kohdemateriaalin kaasuatomeihin, huomattava määrä ulkoisia elektroneja on hetkessä innostunut tilasta, jossa ne irrottautuvat vastaavista atomi-ytimistään, muodostaen plasman kaltaisen tilan. Kun järjestelmän energia vähenee myöhemmin (koska laserpulssit ovat luonnostaan ​​pulsseja, joissa on lopetusvälejä), nämä ulommat elektronit palaavat atomien ytimien läheisyyteen vapauttaen korkean energian fotoneja.

Korkea harmoninen sukupolvi:

Kuvittele joka kerta, kun vesipisara putoaa takaisin järven pintaan, se luo väreilyä, aivan kuten korkea harmoniset attekunnin lasereilla. Näillä väreillä on korkeammat taajuudet ja amplitudit kuin alkuperäisellä aallot, jotka aiheutuvat ensisijaisesta femtosekunnin laserpulssista. HHG -prosessin aikana voimakas lasersäte, joka on samanlainen kuin jatkuvasti heittämiskivet, valaisee kaasukohteen, joka muistuttaa järven pintaa. Tämä intensiivinen laserkenttä ajaa kaasun elektroneja, jotka ovat analogisia väreilyille, pois heidän vanhemmista atomeista ja vetää ne sitten takaisin. Joka kerta kun elektroni palaa atomiin, se emittoi uuden lasersäteen, jolla on korkeampi taajuus, samanlainen kuin monimutkaisemmat aaltoilukuviot.

Suodatus ja tarkennus:

Kaikkien näiden äskettäin muodostettujen lasersäteiden yhdistäminen tuottaa eri värejä (taajuudet tai aallonpituudet), joista osa muodostavat attekunnin laserin. Erityisten aaltoilevien koon ja taajuuksien eristämiseksi voit käyttää erikoistunutta suodatinta, samanlainen kuin haluttujen väreysten valitseminen ja käyttää suurennuslasia keskittyäksesi tietylle alueelle.

Pulssin puristus (tarvittaessa):

Jos tavoitteena on levittää aalloja nopeammin ja lyhyemmäksi, voit nopeuttaa niiden etenemistä erikoistuneella laitteella, mikä vähentää jokaisen aaltoilun kestämistä. Attesekunnin laserien luominen sisältää prosessien monimutkaisen vuorovaikutuksen. Kun se hajoaa ja visualisoituu, siitä tulee kuitenkin ymmärrettävämpi.