Yn in wichtige oankundiging op 'e jûn fan 3 oktober 2023 waard de Nobelpriis foar Natuerkunde foar it jier 2023 ûntbleate, wêrby't de treflike bydragen fan trije wittenskippers dy't in wichtige rol spile hawwe as pioniers op it mêd fan attosekonde lasertechnology, waarden erkend.

De term "attosekondelaser" ûntlient syn namme oan 'e ûnbidich koarte tiidskaal wêrop it wurket, spesifyk yn 'e oarder fan attosekonden, wat oerienkomt mei 10^-18 sekonden. Om de djippe betsjutting fan dizze technology te begripen, is in fûneminteel begryp fan wat in attosekonde betsjut fan it grutste belang. In attosekonde stiet as in tige minút ienheid fan tiid, dy't ien miljardste fan in miljardste fan in sekonde foarmet binnen de bredere kontekst fan ien sekonde. Om dit yn perspektyf te pleatsen, as wy in sekonde fergelykje soene mei in toerjende berch, soe in attosekonde te fergelykjen wêze mei in inkele sânkerrel dy't oan 'e foet fan 'e berch leit. Yn dit flechtige tydlike ynterval kin sels ljocht amper in ôfstân ôflizze dy't lykweardich is oan 'e grutte fan in yndividueel atoom. Troch it brûken fan attosekondelasers krije wittenskippers de noch nea earder sjoen mooglikheid om de yngewikkelde dynamyk fan elektroanen binnen atomêre struktueren te ûndersykjen en te manipulearjen, fergelykber mei in frame-foar-frame slow-motion replay yn in filmyske sekwinsje, en sa yn har ynteraksje dûke.

Attosekonde lasersfertsjintwurdigje de kulminaasje fan wiidweidich ûndersyk en mienskiplike ynspanningen fan wittenskippers, dy't de prinsipes fan net-lineaire optyk brûkt hawwe om ultrasnelle lasers te meitsjen. Harren komst hat ús in ynnovatyf útsjochpunt jûn foar de observaasje en ferkenning fan 'e dynamyske prosessen dy't plakfine binnen atomen, molekulen en sels elektroanen yn fêste materialen.

Om de aard fan attosekondelasers te ferdúdlikjen en har ûnkonvinsjonele eigenskippen te wurdearjen yn ferliking mei konvinsjonele lasers, is it essinsjeel om har kategorisaasje binnen de bredere "laserfamylje" te ûndersiikjen. Klassifikaasje op golflingte pleatst attosekondelasers foaral binnen it berik fan ultraviolette oant sêfte röntgenfrekwinsjes, wat har opmerklik koartere golflingten oanjout yn tsjinstelling ta konvinsjonele lasers. Wat útfiermodi oanbelanget, falle attosekondelasers ûnder de kategory fan pulsearre lasers, karakterisearre troch har ekstreem koarte pulsduer. Om in analogy te tekenjen foar dúdlikens, kin men trochgeande-golflaser foarstelle as fergelykber mei in zaklamp dy't in trochgeande ljochtstriel útstjoert, wylst pulsearre lasers lykje op in stroboskopljocht, dat rap wikselt tusken perioaden fan ferljochting en tsjuster. Yn essinsje litte attosekondelasers in pulserend gedrach sjen binnen de ferljochting en tsjuster, mar har oergong tusken de twa steaten fynt plak mei in ferrassende frekwinsje, en berikt it ryk fan attosekonden.

Fierdere yndieling op basis fan krêft pleatst lasers yn groepen mei leech krêft, middelgrutte krêft en hege krêft. Attosekonde lasers berikke in hege pykkrêft fanwegen har ekstreem koarte pulsduer, wat resulteart yn in útsprutsen pykkrêft (P) - definiearre as de yntensiteit fan enerzjy per tiidseenheid (P=W/t). Hoewol yndividuele attosekonde laserpulsen miskien gjin útsûnderlik grutte enerzjy (W) hawwe, jout har koarte tydlike omfang (t) har in ferhege pykkrêft.

Wat tapassingsdomeinen oanbelanget, omfetsje lasers in spektrum dat yndustriële, medyske en wittenskiplike tapassingen omfettet. Attosekondelasers fine har niche benammen binnen it gebiet 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 op basis fan lasermedium ûnderskiedt lasers as gaslasers, fêste-stoflasers, floeibere lasers en healgeleiderlasers. De generaasje fan attosekondelasers hinget typysk ôf fan gaslasermedia, wêrby't gebrûk makke wurdt fan net-lineare optyske effekten om hege-oarder harmoniken te generearjen.

Gearfetsjend foarmje attosekondelasers in unike klasse fan koarte-pulslasers, dy't ûnderskiede wurde troch har bûtengewoan koarte pulsduer, typysk metten 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 attosekonde lasergeneraasje

Attosekonde lasertechnology stiet foaroan yn wittenskiplike ynnovaasje, en hat in yntrigearjend strange set betingsten foar syn generaasje. Om de yngewikkelheden fan attosekonde lasergeneraasje te ferdúdlikjen, begjinne wy ​​mei in bondige útlis fan 'e ûnderlizzende prinsipes, folge troch libbene metafoaren ôflaat fan deistige ûnderfiningen. Lêzers dy't net bekend binne mei de yngewikkelheden fan 'e relevante natuerkunde hoege net te wanhopjen, om't de folgjende metafoaren rjochte binne op it tagonklik meitsjen fan 'e fûnemintele natuerkunde fan attosekonde lasers.

It generaasjeproses fan attosekondelasers is primêr basearre op de technyk dy't bekend is as High Harmonic Generation (HHG). Earst wurdt in striel fan hege-yntinsiteit femtosekonde (10^-15 sekonden) laserpulsen strak rjochte op in gasfoarmich doelmateriaal. It is it neamen wurdich dat femtosekondelasers, fergelykber mei attosekondelasers, de skaaimerken diele fan koarte pulsduer en hege pykkrêft. Under ynfloed fan it yntinsive laserfjild wurde elektroanen yn 'e gasatomen tydlik frijlitten fan har atoomkernen, wêrby't se tydlik in steat fan frije elektroanen yngeane. As dizze elektroanen oszillearje yn reaksje op it laserfjild, geane se úteinlik werom nei en rekombinearje se mei har âlderlike atoomkernen, wêrtroch nije hege-enerzjy steaten ûntsteane.

Tidens dit proses bewege elektroanen mei ekstreem hege snelheden, en by rekombinaasje mei de atoomkernen frijje se ekstra enerzjy yn 'e foarm fan hege harmonyske emissies, dy't har manifestearje as hege-enerzjy fotonen.

De frekwinsjes fan dizze nij generearre hege-enerzjy fotonen binne hiele mearfâlden fan 'e orizjinele laserfrekwinsje, en foarmje wat hege-oarder harmoniken neamd wurdt, wêrby't "harmoniken" frekwinsjes oantsjut dy't hielfolle mearfâlden binne fan 'e orizjinele frekwinsje. Om attosekonde lasers te berikken, wurdt it needsaaklik om dizze hege-oarder harmoniken te filterjen en te fokusjen, spesifike harmoniken te selektearjen en se te konsintrearjen yn in fokuspunt. As winske kinne pulskompresjetechniken de pulsduer fierder ynkoarte, wêrtroch't ultra-koarte pulsen yn it attosekondeberik ûntsteane. Blykber is it generearjen fan attosekonde lasers in ferfine en fasettearre proses, dat in hege mjitte fan technyske feardigens en spesjalisearre apparatuer fereasket.

Om dit yngewikkelde proses te demystifisearjen, biede wy in metafoaryske parallel oan basearre op deistige senario's:

Hege-yntinsiteit Femtosekonde laserpulsen:

Stel jo foar dat jo in útsûnderlik krêftige katapult hawwe dy't by steat is om stiennen direkt mei kolossale snelheden te smiten, fergelykber mei de rol dy't spile wurdt troch hege-yntinsiteit femtosekonde laserpulsen.

Gasfoarmich doelmateriaal:

Stel jo in rêstich wetterlichem foar dat it gasfoarmige doelmateriaal symbolisearret, wêrby't elke wetterdrip in ûntelbere gasatomen fertsjintwurdiget. De hanneling fan it driuwen fan stiennen yn dit wetterlichem spegelt analoog de ynfloed fan hege-yntinsiteit femtosekonde laserpulsen op it gasfoarmige doelmateriaal.

Elektronbeweging en rekombinaasje (fysyk oantsjutte oergong):

As femtosekonde laserpulsen de gasatomen yn it gasfoarmige doelmateriaal reitsje, wurde in flink oantal bûtenste elektroanen tydlik oanstutsen nei in steat wêryn't se loskomme fan har respektive atoomkernen, wêrtroch't in plasma-eftige steat ûntstiet. As de enerzjy fan it systeem dêrnei ôfnimt (om't de laserpulsen ynherint pulsearre binne, mei yntervallen fan ophâlden), geane dizze bûtenste elektroanen werom nei har buert fan 'e atoomkernen, wêrby't se fotonen mei hege enerzjy frijlitte.

Hege harmonyske generaasje:

Stel jo foar dat elke kear as in wetterdrip weromfalt nei it oerflak fan it mar, it rimpelingen makket, krekt as hege harmoniken yn attosekonde lasers. Dizze rimpelingen hawwe hegere frekwinsjes en amplitudes as de orizjinele rimpelingen feroarsake troch de primêre femtosekonde laserpuls. Tidens it HHG-proses ferljochtet in krêftige laserstriel, fergelykber mei it kontinu smiten fan stiennen, in gasdoel, dat liket op it oerflak fan it mar. Dit yntinse laserfjild driuwt elektroanen yn it gas, analooch oan rimpelingen, fuort fan har âlderatomen en lûkt se dan werom. Elke kear as in elektron weromkomt nei it atoom, stjoert it in nije laserstriel út mei in hegere frekwinsje, fergelykber mei yngewikkelder rimpelpatroanen.

Filterjen en fokusjen:

It kombinearjen fan al dizze nij generearre laserstrielen jout in spektrum fan ferskate kleuren (frekwinsjes of golflingten), wêrfan guon de attosekondelaser 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.

Pulskompresje (as nedich):

As jo ​​rimpelingen rapper en koarter ferspriede wolle, kinne jo har fersprieding fersnelle mei in spesjalisearre apparaat, wêrtroch't de tiid dat elke rimpel duorret, ferminderet. De generaasje fan attosekondelasers omfettet in komplekse ynteraksje fan prosessen. As it lykwols opdield en fisualisearre wurdt, wurdt it begrypliker.