En momenta anonco vespere de la 3 -a de oktobro 2023, la Nobel -premio pri fiziko por la jaro 2023 estis malkaŝita, agnoskante la elstarajn kontribuojn de tri sciencistoj, kiuj ludis pivotajn rolojn kiel pioniroj en la regno de atosekunda lasera teknologio.

La esprimo "Atosekunda Lasero" derivas sian nomon de la nekredeble mallonga tempodaŭro, kiun ĝi funkcias, specife laŭ la ordo de atosekundoj, respondaj al 10^-18 sekundoj. Por kompreni la profundan signifon de ĉi tiu teknologio, fundamenta kompreno pri tio, kion signifas atosekundo. Atosekundo staras kiel ege minuta unuo de tempo, konsistigante unu miliardon da miliardo da sekundo en la pli larĝa kunteksto de unu sekundo. Por meti tion en perspektivon, se ni komparus sekundon al turisma monto, atosekundo similus al ununura greno da sablo nestita ĉe la bazo de la monto. En ĉi tiu flua tempa intervalo, eĉ lumo apenaŭ povas trairi distancon ekvivalentan al la grandeco de individua atomo. Per la uzado de atosekundaj laseroj, sciencistoj akiras la senprecedencan kapablon ekzameni kaj manipuli la komplikan dinamikon de elektronoj ene de atomaj strukturoj, simile al kadro-kadro malrapida movo-reprodukto en kinematika sinsekvo, tiel enprofundiĝi en ilia interparolo.

Attosekundaj laserojReprezentu la kulminon de ampleksaj esploroj kaj koncertaj klopodoj de sciencistoj, kiuj utiligis la principojn de nelinia optiko por meti ultrarajn laserojn. Ilia aventuro provizis nin per noviga vidpunkto por la observado kaj esplorado de la dinamikaj procezoj, kiuj okazas ene de atomoj, molekuloj kaj eĉ elektronoj en solidaj materialoj.

Eluzi la naturon de atosekundaj laseroj kaj aprezi iliajn nekonvenciajn atributojn kompare al konvenciaj laseroj, estas nepra esplori ilian kategoriigon ene de la pli larĝa "lasera familio." Klasifiko laŭ ondolongaj lokoj attosekundaj laseroj ĉefe en la gamo de ultraviolaj al molaj radiografiaj frekvencoj, signifante iliajn precipe pli mallongajn ondolongojn kontraste al konvenciaj laseroj. Koncerne al eliraj reĝimoj, attosekundaj laseroj apartenas al la kategorio de pulsaj laseroj, karakterizitaj de iliaj tro mallongaj pulsaj daŭroj. Por desegni analogion por klareco, oni povas antaŭvidi kontinuajn ondajn laserojn kiel simile al lanterno elsendanta kontinuan trabon de lumo, dum pulsaj laseroj similas al stroba lumo, rapide alternante inter periodoj de lumigado kaj mallumo. Esence, atosekundaj laseroj montras pulsan konduton ene de la lumigado kaj mallumo, tamen ilia transiro inter la du ŝtatoj transpasas mirigan frekvencon, atingante la regnon de atosekundoj.

Plua kategoriigo per elektro lokas laserojn en malaltajn potencajn, mezajn potencajn kaj altajn potencajn krampojn. Attosekundaj laseroj atingas altan pintan potencon pro iliaj ekstreme mallongaj pulsaj daŭroj, rezultigante prononcan pintan potencon (P) - difinita kiel la intenseco de energio per unuopa tempo (P = W/T). Kvankam individuaj atosekundaj laseraj pulsoj eble ne posedas escepte grandan energion (W), ilia mallongigita tempa amplekso (T) donas ilin kun levita pinta potenco.

Koncerne al aplikaj domajnoj, laseroj ampleksas spektron ampleksantan industriajn, medicinajn kaj sciencajn aplikojn. Atosekundaj laseroj ĉefe trovas sian niĉon en la sfero de scienca esplorado, precipe en esplorado de rapide evoluantaj fenomenoj ene de la domajnoj de fiziko kaj kemio, ofertante fenestron al la rapidaj dinamikaj procezoj de la mikrokosma mondo.

Kategoriigo per lasero mezaj delimigas laserojn kiel gasaj laseroj, solidŝtataj laseroj, likvaj laseroj kaj duonkonduktaĵaj laseroj. La generacio de atosekundaj laseroj tipe baziĝas sur laser-amaskomunikilaro, kapitaligante ne-liniajn optikajn efikojn por estigi alt-ordajn harmonikojn.

En resumo, attosekundaj laseroj konsistigas unikan klason de mallong-pulsaj laseroj, distingitaj per iliaj eksterordinare mallongaj pulsaj daŭroj, tipe mezuritaj en atosekundoj. Rezulte ili fariĝis nemalhaveblaj iloj por observi kaj kontroli la ultrarapidajn dinamikajn procezojn de elektronoj ene de atomoj, molekuloj kaj solidaj materialoj.

La ellaborita procezo de attosekunda lasera generacio

Attosekunda lasera teknologio staras ĉe la avangardo de scienca novigado, havante intrigan rigoran aron de kondiĉoj por ĝia generacio. Por elucidi la komplikojn de atosekunda lasero -generacio, ni komencas kun konciza ekspozicio de ĝiaj subaj principoj, sekvitaj de vivaj metaforoj derivitaj de ĉiutagaj spertoj. La legantoj neverŝitaj en la komplikoj de la koncernata fiziko ne bezonas malesperon, ĉar la sekvaj metaforoj celas igi la fundamentan fizikon de atosekundaj laseroj alireblaj.

La generacia procezo de attosekundaj laseroj ĉefe dependas de la tekniko konata kiel alta harmonia generacio (HHG). Unue, trabo de alt-intensa femtosekunda (10^-15 sekundoj) laseraj pulsoj estas firme koncentrita al gasa cela materialo. Menciindas, ke femtosekundaj laseroj, similaj al atosekundaj laseroj, dividas la karakterizaĵojn de posedado de mallongaj pulsaj daŭroj kaj alta pinta potenco. Sub la influo de la intensa lasera kampo, elektronoj ene de la gasaj atomoj estas momente liberigitaj de siaj atomaj kernoj, enirantaj transitive en stato de liberaj elektronoj. Ĉar ĉi tiuj elektronoj oscilas responde al la lasera kampo, ili poste revenas al kaj rekombini kun siaj gepatraj atomaj kernoj, kreante novajn alt-energiajn ŝtatojn.

Dum ĉi tiu procezo, elektronoj moviĝas ĉe ekstreme altaj rapidecoj, kaj post rekombiniĝo kun la atomaj kernoj, ili liberigas plian energion en formo de altaj harmoniaj emisioj, manifestante kiel alt-energiaj fotonoj.

La frekvencoj de ĉi tiuj ĵus generitaj alt-energiaj fotonoj estas entjeraj multobloj de la originala lasera frekvenco, formante tion, kio estas nomata alt-ordaj harmonikoj, kie "harmonikoj" nomas frekvencojn, kiuj estas integraj multobloj de la originala frekvenco. Por atingi attosekundajn laserojn, fariĝas necese filtri kaj enfokusigi ĉi tiujn alt-ordajn harmonikojn, selekti specifajn harmonikojn kaj koncentri ilin en fokusa punkto. Se vi volas, pulsaj kunpremaj teknikoj povas plue mallongigi la pulsan daŭron, donante ultra-mallongajn pulsojn en la atosekunda gamo. Evidente, la generacio de atosekundaj laseroj konsistigas kompleksan kaj multfacetan procezon, postulante altan gradon de teknika kapablo kaj specialigita ekipaĵo.

Por demitigi ĉi tiun kompletan procezon, ni ofertas metaforan paralelon bazitan en ĉiutagaj scenoj:

Alt-intensa femtosekunda lasero-pulsoj:

Enrigardo posedanta escepte potencan katapulton kapablan tuj hasti ŝtonojn ĉe kolosaj rapidoj, simile al la rolo ludita de alt-intensaj femtosekundaj laseraj pulsoj.

Gasa cela materialo:

Bildu trankvilan korpon da akvo, kiu simbolas la gasean celan materialon, kie ĉiu guteto da akvo reprezentas miriadajn gasajn atomojn. La ago de propulsado de ŝtonoj en ĉi tiun korpon de akvo analoge spegulas la efikon de alt-intensaj femtosekundaj laseraj pulsoj sur la gasa cela materialo.

Elektronmovado kaj rekombinado (fizike nomata transiro):

Kiam femtosekundaj laseraj pulsoj influas la gasajn atomojn ene de la gasa cela materialo, signifa nombro da eksteraj elektronoj momente ekscitas staton, kie ili deturnas sin de siaj respektivaj atomaj kernoj, formante plasman-similan staton. Ĉar la energio de la sistemo poste malpliiĝas (ĉar la laseraj pulsoj estas enerale pulsitaj, kun intervaloj de ĉeso), ĉi tiuj eksteraj elektronoj revenas al sia najbareco de la atomaj kernoj, liberigante altajn energiajn fotonojn.

Alta harmonia generacio:

Imagu ĉiun fojon kiam akvo -guteto falas reen al la surfaco de la lago, ĝi kreas ondojn, same kiel altaj harmonikoj en atosekundaj laseroj. Ĉi tiuj ondetoj havas pli altajn frekvencojn kaj ampleksojn ol la originalaj ondetoj kaŭzitaj de la primara femtosekunda lasera pulso. Dum la HHG -procezo, potenca lasera trabo, simila al kontinue ĵeti ŝtonojn, lumigas gasan celon, similante al la surfaco de la lago. Ĉi tiu intensa lasera kampo propulsas elektronojn en la gaso, analoga al ondetoj, for de iliaj gepatraj atomoj kaj poste tiras ilin malantaŭen. Ĉiufoje kiam elektrono revenas al la atomo, ĝi elsendas novan laseron -trabon kun pli alta frekvenco, simile al pli kompleksaj ondaj ŝablonoj.

Filtrado kaj fokuso:

Kombini ĉiujn ĉi nove generitajn laserajn trabojn donas spektron de diversaj koloroj (frekvencoj aŭ ondolongoj), iuj el kiuj konsistigas la atosekundan laseron. Por izoli specifajn ondajn grandecojn kaj frekvencojn, vi povas uzi specialan filtrilon, simile al elektado de dezirataj ondetoj kaj uzi lupeon por koncentri ilin sur specifan areon.

Pulsa kunpremo (se necese):

Se vi celas disvastigi ondojn pli rapide kaj pli mallonge, vi povas akceli ilian disvastiĝon per specialigita aparato, reduktante la tempon, kiun ĉiu ondeto daŭras. La generacio de atosekundaj laseroj implikas kompleksan interplektadon de procezoj. Tamen, kiam rompiĝinte kaj videblas, ĝi fariĝas pli komprenebla.