In 'n belangrike aankondiging op die aand van 3 Oktober 2023, is die Nobelprys vir Fisika vir die jaar 2023 onthul, en erken die uitstekende bydraes van drie wetenskaplikes wat deurslaggewende rolle gespeel het as pioniers op die gebied van atosekonde laser -tegnologie.

Die term "attosekonde laser" is afgelei van die ongelooflike kort tydskaal waarop dit werk, spesifiek in die volgorde van attosekondes, wat ooreenstem met 10^-18 sekondes. Om die diepgaande belang van hierdie tegnologie te begryp, is 'n fundamentele begrip van wat 'n attosekonde beteken, die belangrikste. 'N Attosekonde staan ​​as 'n buitengewoon minuut -eenheid van tyd, wat 'n miljardste van 'n miljardste van 'n sekonde binne die breër konteks van 'n enkele sekonde uitmaak. Om dit in perspektief te plaas, sou ons 'n sekonde met 'n toringberg vergelyk, sou 'n attosekonde soortgelyk wees aan 'n enkele sandkorrel wat aan die berg se basis geleë is. In hierdie vlugtige temporale interval kan selfs lig skaars 'n afstand gelykstaande aan die grootte van 'n individuele atoom deurkruis. Deur die gebruik van attosekonde-lasers kry wetenskaplikes die ongekende vermoë om die ingewikkelde dinamika van elektrone binne atoomstrukture te ondersoek en te manipuleer, soortgelyk aan 'n raam-vir-raam-herhaling in 'n filmiese volgorde, en sodoende in hul wisselwerking te delf.

Attosekonde lasersVerteenwoordig die hoogtepunt van uitgebreide navorsing en gesamentlike pogings deur wetenskaplikes, wat die beginsels van nie -lineêre optika benut het om ultra -vinnige lasers te vervaardig. Hul koms het ons 'n innoverende uitkykpunt vir die waarneming en verkenning van die dinamiese prosesse wat binne atome, molekules en selfs elektrone in vaste materiale plaasvind.

Om die aard van attosekonde lasers toe te lig en hul onkonvensionele eienskappe te waardeer in vergelyking met konvensionele lasers, is dit noodsaaklik om hul indeling binne die breër "laserfamilie" te ondersoek. Klassifikasie deur golflengte plaas attosekonde lasers hoofsaaklik binne die omvang van ultraviolet tot sagte X-straalfrekwensies, wat hul opvallende korter golflengtes beteken in teenstelling met konvensionele lasers. Wat die uitsetmodusse betref, val attosekonde -lasers onder die kategorie gepulseerde lasers, gekenmerk deur hul buitengewone kort polsduur. Om 'n analogie vir duidelikheid te trek, kan 'n mens deurlopende golflasers in die vooruitsig stel, soos 'n flitslig wat 'n deurlopende ligstraal uitstraal, terwyl gepulseerde lasers soos 'n strofe lig lyk, wat vinnig wissel tussen periodes van verligting en duisternis. In wese vertoon attosekonde -lasers 'n polsende gedrag binne die verligting en duisternis, maar hul oorgang tussen die twee state kom op 'n verstommende frekwensie en bereik die gebied van attosekondes.

Verdere kategorisering deur krag plaas lasers in lae-krag-, mediumkrag- en hoë-krag hakies. Attosekonde lasers bereik 'n hoë piekvermoë vanweë hul buitengewone kort polsduur, wat lei tot 'n uitgesproke piekvermoë (P) - gedefinieer as die intensiteit van energie per eenheidstyd (p = w/t). Alhoewel individuele attosekonde laserpulse moontlik nie buitengewoon groot energie (W) het nie, gee hul verkorte tydelike omvang (t) hulle met verhoogde piekvermoë.

Wat toepassingsdomeine betref, strek lasers oor 'n spektrum wat industriële, mediese en wetenskaplike toepassings bevat. Attosekonde lasers vind hoofsaaklik hul nis binne die gebied van wetenskaplike navorsing, veral in die verkenning van vinnig ontwikkelende verskynsels binne die domeine van fisika en chemie, wat 'n venster in die mikrokosmiese wêreld se vinnige dinamiese prosesse bied.

Kategorisering deur lasmedium afbaken lasers as gaslasers, vaste-toestand-lasers, vloeibare lasers en halfgeleierlasers. Die opwekking van attosekonde-lasers hang gewoonlik van gaslasermedia af, wat gebruik maak van nie-lineêre optiese effekte om hoë-orde harmonieke te bewerkstellig.

Samevattend vorm attosekonde-lasers 'n unieke klas kort-polslasers, onderskei deur hul buitengewone kort polsduur, tipies gemeet in attosekondes. As gevolg hiervan, het hulle onontbeerlike instrumente geword om die ultra -vinnige dinamiese prosesse van elektrone binne atome, molekules en vaste materiale waar te neem en te beheer.

Die uitgebreide proses van lasergenerering van die Attoseconde

Attosecond Laser Technology staan ​​aan die voorpunt van wetenskaplike innovasie, met 'n interessante noukeurige stel voorwaardes vir sy generasie. Om die verwikkeldhede van die lasergenerering van die attosekonde te belig, begin ons met 'n beknopte uiteensetting van die onderliggende beginsels, gevolg deur aanskoulike metafore afgelei van alledaagse ervarings. Lesers wat nie in die verwikkeldheid van die betrokke fisika gebruik is nie, hoef nie wanhoop te wees nie, aangesien die daaropvolgende metafore daarop gemik is om die grondslagfisika van attosekonde lasers toeganklik te maak.

Die generasieproses van attosekonde -lasers maak hoofsaaklik staat op die tegniek wat bekend staan ​​as High Harmonic Generation (HHG). Eerstens is 'n balk van hoë-intensiteit femtosekonde (10^-15 sekondes) laserpulse styf gefokus op 'n gasvormige teikenmateriaal. Dit is opmerklik dat femtosekonde lasers, soortgelyk aan attosekonde lasers, die kenmerke van die besit van kort polsduur en 'n hoë piekvermoë deel. Onder die invloed van die intense laserveld word elektrone binne die gasatome oombliklik bevry van hul atoomkerne, wat kortstondig 'n toestand van vrye elektrone betree. Aangesien hierdie elektrone in reaksie op die laserveld ossilleer, keer hulle uiteindelik terug na en kom hulle weer saam met hul ouer-atoomkerne, wat nuwe hoë-energie-toestande skep.

Tydens hierdie proses beweeg elektrone teen buitengewone hoë snelhede, en by herkombinasie met die atoomkerne stel hulle ekstra energie vry in die vorm van hoë harmoniese emissies, wat manifesteer as hoë-energie fotone.

Die frekwensies van hierdie nuut-gegenereerde hoë-energie-fotone is heelgetal-veelvoude van die oorspronklike laserfrekwensie, wat vorm wat 'n hoë-orde harmonieke genoem word, waar 'harmonieke' frekwensies aandui wat integrale veelvoude van die oorspronklike frekwensie is. Om attosekonde-lasers te bereik, word dit nodig om hierdie hoë-orde harmonieke te filter en te fokus, om spesifieke harmonieke te kies en dit in 'n fokuspunt te konsentreer. Indien verkies, kan die polskompressietegnieke die polsduur verder verkort, wat ultra-kortpulse in die attosekonde-reeks oplewer. Klaarblyklik vorm die opwekking van attosekonde -lasers 'n gesofistikeerde en veelvlakkige proses, wat 'n hoë mate van tegniese bekwaamheid en gespesialiseerde toerusting eis.

Om hierdie ingewikkelde proses te demystifiseer, bied ons 'n metaforiese parallel gegrond op alledaagse scenario's:

Hoë-intensiteit femtosekonde laserpulse:

Die vooruitsig met 'n buitengewone kragtige katapult wat in staat is om klippe teen 'n groot snelheid te laat gooi, soortgelyk aan die rol wat gespeel word deur 'n hoë-intensiteit-femtosekonde laserpulse.

Gasagtige teikenmateriaal:

Stel 'n rustige watermassa voor wat die gasvormige teikenmateriaal simboliseer, waar elke druppel water talle gasatome voorstel. Die handeling om klippe in hierdie watermassa van water te dryf, weerspieël analoog die impak van hoë-intensiteit femtosekonde laserpulse op die gasvormige teikenmateriaal.

Elektronbeweging en rekombinasie (fisies genoemde oorgang):

As femtosekonde laserpulse die gasatome binne die gasvormige teikenmateriaal beïnvloed, is 'n beduidende aantal buitenste elektrone oombliklik opgewonde tot 'n toestand waar hulle van hul onderskeie atoomkerne losgemaak word, wat 'n plasma-agtige toestand vorm. Namate die energie van die stelsel daarna verminder (aangesien die laserpulse inherent gepul is, met tussenposes van staking), keer hierdie buitenste elektrone terug na hul omgewing van die atoomkerne, wat hoë-energie fotone vrystel.

Hoë harmoniese generasie:

Stel jou voor dat elke keer as 'n waterdruppel na die oppervlak van die meer val, dit rimpelings skep, net soos hoë harmonieke in attosekonde lasers. Hierdie rimpelings het hoër frekwensies en amplitudes as die oorspronklike rimpelings wat veroorsaak word deur die primêre femtosekonde laserpuls. Tydens die HHG -proses verlig 'n kragtige laserstraal, wat soortgelyk is om klippe voortdurend te gooi, 'n gasteiken te verlig, soos die oppervlak van die meer. Hierdie intense laserveld dryf elektrone in die gas, analoog aan rimpelings, weg van hul oueratome en trek dit dan terug. Elke keer as 'n elektron na die atoom terugkeer, stuur dit 'n nuwe laserstraal met 'n hoër frekwensie uit, soortgelyk aan meer ingewikkelde rimpelpatrone.

Filter en fokus:

Deur al hierdie nuut gegenereerde laserbalke te kombineer, lewer dit 'n spektrum van verskillende kleure (frekwensies of golflengtes), waarvan sommige die attosekonde laser uitmaak. Om spesifieke rimpelgroottes en frekwensies te isoleer, kan u 'n gespesialiseerde filter gebruik, soortgelyk aan die keuse van die gewenste rimpelings en 'n vergrootglas gebruik om dit op 'n spesifieke gebied te fokus.

Polskompressie (indien nodig):

As u daarop gemik is om rimpelings vinniger en korter te versprei, kan u hul voortplanting met behulp van 'n gespesialiseerde toestel versnel en die tyd wat elke rimpeling duur, verminder. Die generering van attosekonde -lasers behels 'n ingewikkelde wisselwerking tussen prosesse. As dit afgebreek en gevisualiseer word, word dit egter meer verstaanbaar.