Yn in wichtige oankundiging op 'e jûn fan oktober 3, 2023, waard de Nobelpriis foar Natuerkunde foar it jier 2023 ûntbleate, en erkende de treflike bydragen fan trije wittenskippers dy't cruciale rollen hawwe spile as pioniers yn it ryk fan attosecond lasertechnology.

De term "attosekonde laser" ûntlient syn namme oan 'e ongelooflijk koarte tiidskaal wêrop it wurket, spesifyk yn' e folchoarder fan attosekonden, oerienkommende mei 10 ^ -18 sekonden. Om de djippe betsjutting fan dizze technology te begripen, is in fûnemintele begryp fan wat in attosekonde betsjuttet foarop. In attosekonde stiet as in útsûnderlik minút ienheid fan tiid, dy't ien miljardste fan in miljardste fan in sekonde útmakket binnen de bredere kontekst fan ien sekonde. Om dit yn perspektyf te setten, as wy in sekonde soene fergelykje mei in torenhoge berch, soe in attosekonde besibbe wêze oan in inkele sânkorrel nestele oan 'e basis fan' e berch. Yn dit flechtige tydlike ynterval kin sels ljocht amper in ôfstân oerstekke lykweardich oan de grutte fan in yndividueel atoom. Troch it brûken fan attosecond-lasers krije wittenskippers de ungewoane mooglikheid om de yngewikkelde dynamyk fan elektroanen binnen atomyske struktueren te besjen en te manipulearjen, besibbe oan in frame-by-frame slow-motion replay yn in filmyske folchoarder, en ferdjipje dêrmei yn har ynteraksje.

Attosecond lasersfertsjintwurdigje de kulminaasje fan wiidweidich ûndersyk en gearstalde ynspanningen troch wittenskippers, dy't de prinsipes fan net-lineêre optika hawwe benut om ultrasnelle lasers te meitsjen. Harren komst hat ús in ynnovatyf útsjochpunt foarsjoen foar de observaasje en ferkenning fan 'e dynamyske prosessen dy't binnen atomen, molekulen en sels elektroanen yn fêste materialen passe.

Om de aard fan attosekonde lasers te ferklearjen en har ûnkonvinsjonele attributen te wurdearjen yn ferliking mei konvinsjonele lasers, is it ymperatyf om har kategorisearring te ferkennen binnen de bredere "laserfamylje". Klassifikaasje troch golflingte pleatst attosekonde lasers foaral binnen it berik fan ultraviolet oant sêfte röntgenfrekwinsjes, wat har opmerklik koartere golflingten oanjout yn tsjinstelling ta konvinsjonele lasers. Wat de útfiermodi oanbelanget, falle attosecond-lasers ûnder de kategory fan pulsearre lasers, karakterisearre troch har bûtengewoan koarte pulsduraasjes. Om in analogy te tekenjen foar dúdlikens, kin men trochgeande-welle-lasers foarstelle as fergelykber mei in zaklamp dy't in trochgeande ljochtstraal útstjit, wylst pulsearre lasers lykje op in strobeljocht, rap ôfwikseljend tusken perioaden fan ferljochting en tsjuster. Yn essinsje fertoane attosecond-lasers in pulsearjend gedrach binnen de ferljochting en tsjuster, mar har oergong tusken de twa steaten bart op in ferrassende frekwinsje, en berikke it ryk fan attosekonden.

Fierdere kategorisearring troch macht pleatst lasers yn leech-macht, medium-power, en hege-power heakjes. Attosecond lasers berikke hege pyk macht fanwege harren ekstreem koarte puls durations, resultearret yn in útsprutsen pyk macht (P) - definiearre as de yntinsiteit fan enerzjy per ienheid tiid (P = W / t). Hoewol't yndividuele attosecond laser pulses meie net besitte útsûnderlik grutte enerzjy (W), jout harren ôfkoarte tydlike omfang (t) harren mei ferhege pyk macht.

Yn termen fan tapassing domeinen, lasers span in spektrum omfiemet yndustriële, medyske, en wittenskiplike tapassingen. Attosecond-lasers fine primêr har niche binnen it ryk fan wittenskiplik ûndersyk, benammen yn 'e ferkenning fan rap evoluearjende ferskynsels binnen de domeinen fan natuerkunde en skiekunde, en biede in finster yn' e rappe dynamyske prosessen fan 'e mikrokosmyske wrâld.

Kategorisaasje troch lasermedium omskriuwt lasers as gaslasers, solid-state lasers, floeibere lasers, en semiconductor lasers. De generaasje fan attosecond-lasers hinget typysk op gaslasermedia, kapitalisearjend op net-lineêre optyske effekten om harmoniken fan hege oarder op te wekken.

Yn gearfetting foarmje attosecond-lasers in unike klasse fan koarte-pulslasers, ûnderskiede troch har bûtengewoan koarte pulsduraasjes, typysk mjitten yn attosekonden. As gefolch binne se ûnmisbere ark wurden foar it observearjen en kontrolearjen fan de ultrasnelle dynamyske prosessen fan elektroanen binnen atomen, molekulen en fêste materialen.

It útwurke proses fan Attosecond Laser Generation

Attosecond lasertechnology stiet oan 'e foargrûn fan wittenskiplike ynnovaasje, mei in yntrigearjend strange set betingsten foar syn generaasje. Om de kompleksiteiten fan attosecond lasergeneraasje te ferklearjen, begjinne wy ​​mei in beknopte eksposysje fan har ûnderlizzende prinsipes, folge troch libbene metafoaren ôflaat fan deistige ûnderfiningen. Lêzers ûntdutsen yn 'e yngewikkeldheden fan' e oanbelangjende fysika hoege net te wanhopich, om't de dêropfolgjende metafoaren fan doel binne de fûnemintele fysika fan attosekonde lasers tagonklik te meitsjen.

It generaasjeproses fan attosekonde lasers fertrout primêr op 'e technyk bekend as High Harmonic Generation (HHG). As earste is in straal fan hege-yntensiteit femtosecond (10 ^ -15 sekonden) laserpulsen strak rjochte op in gasfoarmich doelmateriaal. It is de muoite wurdich op te merken dat femtosecond-lasers, besibbe oan attosecond-lasers, de skaaimerken diele fan it besit fan koarte pulsduraasjes en hege pykkrêft. Under de ynfloed fan it yntinsive laserfjild wurde elektroanen binnen de gasatomen foar it momint befrijd fan har atoomkearnen, en komme foarby yn in steat fan frije elektroanen. As dizze elektroanen oscillere yn reaksje op it laserfjild, komme se úteinlik werom nei en rekombinearje mei har âldere atoomkearnen, en meitsje nije hege-enerzjysteaten.

Tidens dit proses bewege de elektroanen mei ekstreem hege snelheden, en by rekombinaasje mei de atoomkearnen, jouwe se ekstra enerzjy frij yn 'e foarm fan hege harmoniske emissies, dy't manifestearje as hege-enerzjyfotonen.

De frekwinsjes fan dizze nij oanmakke hege-enerzjy fotonen binne hiele mearfâldichheid fan 'e orizjinele laser frekwinsje, foarmje wat wurdt neamd hege-oarder harmonics, dêr't "harmonics" oanjout frekwinsjes dy't binne yntegraal mearfâldichheid fan de oarspronklike frekwinsje. Om attosekonde lasers te berikken, wurdt it nedich om dizze hege-order harmonics te filterjen en te fokusjen, spesifike harmoniken te selektearjen en se te konsintrearjen yn in fokuspunt. As winske, puls kompresje techniken kinne fierder ôfkoarte de puls doer, opbringst ultra-koarte pulses yn it attosecond berik. Blykber foarmet de generaasje fan attosecond-lasers in ferfine en mannichfâldich proses, dat in hege graad fan technyske feardichheden en spesjalisearre apparatuer freget.

Om dit yngewikkelde proses te demystifisearje, biede wy in metafoaryske parallel oan grûn yn deistige senario's:

Femtosecond Laser Pulses mei hege yntinsiteit:

Stel jo foar dat jo in útsûnderlik krêftige katapult hawwe dy't yn steat is om stiennen direkt mei kolossale snelheden te slingerjen, fergelykber mei de rol spile troch hege-yntensiteit femtosecond laserpulses.

Gasfoarmige doelmateriaal:

Stel in rêstich wetter dat it gasfoarmige doelmateriaal symbolisearret, wêrby't elke dripke wetter myriade gasatomen foarstelt. De aksje fan it oandriuwen fan stiennen yn dit lichem fan wetter spegelet analogysk de ynfloed fan hege-yntensiteit femtosecond laserpulses op it gasfoarmige doelmateriaal.

Elektronenbeweging en rekombinaasje (fysyk neamde oergong):

Wannear't femtosekonde laserpulsen ynfloed hawwe op de gasatomen binnen it gasfoarmige doelmateriaal, wurdt in signifikant oantal bûtenste elektroanen foar it momint optein nei in steat wêr't se losmeitsje fan har respektive atoomkearnen, en foarmje in plasma-like steat. As de enerzjy fan it systeem dêrnei fermindert (om't de laserpulsen ynherent pulsearre binne, mei yntervallen fan stopjen), geane dizze eksterne elektroanen werom nei har buert fan 'e atoomkearnen, wêrtroch fotonen mei hege enerzjy frijlitte.

Hege Harmonyske Generaasje:

Stel jo foar dat elke kear as in wetterdruppel werom falt nei it oerflak fan 'e mar, it makket rimpelingen, krekt as hege harmoniken yn attosekonde lasers. Dizze rimpelingen hawwe hegere frekwinsjes en amplituden as de orizjinele rimpelingen feroarsake troch de primêre femtosecond laserpuls. Tidens it HHG-proses ferljochtet in krêftige laserstraal, ferlykber mei kontinu stiennen toskjen, in gasdoel, dat liket op it oerflak fan 'e mar. Dit yntinsive laserfjild driuwt elektroanen yn it gas, analoog oan rimpelingen, fuort fan har âldere atomen en lûkt se dan werom. Elke kear as in elektron weromkomt nei it atoom, stjoert it in nije laserstraal út mei in hegere frekwinsje, besibbe oan mear yngewikkelde rimpelpatroanen.

Filterje en fokusje:

It kombinearjen fan al dizze nij oanmakke laserstralen jout in spektrum fan ferskate kleuren (frekwinsjes as golflingten), wêrfan guon de attosekonde laser foarmje. Om spesifike rimpelgrutte en frekwinsjes te isolearjen, kinne jo in spesjalisearre filter brûke, fergelykber mei it selektearjen fan winske rimpelingen, en in fergrutglês brûke om se te fokusjen op in spesifyk gebiet.

Pulse kompresje (as nedich):

As jo ​​fan doel binne om rimpels rapper en koarter te fersprieden, kinne jo har fuortplanting fersnelle mei in spesjalisearre apparaat, wêrtroch't de tiid dy't elke rimpel duorret, ferminderje. De generaasje fan attosekonde lasers omfettet in komplekse ynteraksje fan prosessen. As it lykwols ôfbrutsen en visualisearre wurdt, wurdt it begrypliker.