2023-nji ýylyň 3-nji oktýabrynda agşam möhüm bir bildirişde, 2023-nji ýyl üçin fizika boýunça Nobel baýragy, attosekunt lazer tehnologiýasy pudagynda öňdebaryjy rol oýnan üç alymyň ajaýyp goşantlaryny ykrar edip, yglan edildi.

"Atosekunt lazeri" adalgasy, adyny 10 ^ -18 sekuntda gabat gelýän ajaýyp gysga wagt tertibinden alýar. Bu tehnologiýanyň çuňňur ähmiýetine düşünmek üçin, bir sekundyň nämäni aňladýandygyna düýpli düşünmek iň möhümdir. Bir attosekunt, bir sekuntyň has giň kontekstinde sekuntyň milliarddan bir bölegini emele getirýär. Muny göz öňüne getirmek üçin, bir sekundy beýik dag bilen deňeşdirjek bolsak, bir atosekunt dagyň düýbünde höwürtgelenen ýekeje çäge dänesine meňzeýär. Bu gysga wagtlaýyn aralykda, hatda ýagtylyk hem aýratyn atomyň ululygyna deň aralygy geçip bilýär. Alymlar attosekunt lazerlerini ulanmak arkaly atom gurluşlarynyň içindäki elektronlaryň çylşyrymly dinamikasyny barlamak we dolandyrmak üçin görlüp-eşidilmedik ukybyna eýe bolup, kinematiki yzygiderlilikde çarçuwaly haýal hereketiň gaýtalanmagyna meňzeýär we şeýlelik bilen olaryň özara baglanyşygyna göz aýlaýar.

Attosekunt lazerleriultrafast lazerleri ýasamak üçin çyzykly optika ýörelgelerini ulanan alymlaryň giňişleýin gözlegleriň we bilelikdäki tagallalarynyň iň ýokary derejesini görkezýär. Olaryň gelmegi bize atomlaryň, molekulalaryň we hatda elektronlaryň gaty materiallarda bolup geçýän dinamiki prosesleri synlamak we öwrenmek üçin täzeçillik nokady berdi.

Atosekunt lazerleriniň tebigatyny düşündirmek we adaty lazerler bilen deňeşdirilende adaty däl häsiýetlerine baha bermek üçin has giň “lazer maşgalasynyň” içinde olaryň kategoriýalaşdyrylmagyny öwrenmek zerurdyr. Tolkun uzynlygy boýunça klassifikasiýa, esasan, ultramelewşe aralygynda ýumşak rentgen ýygylyklarynyň arasynda attosekunt lazerleri, adaty lazerlerden tapawutlylykda tolkun uzynlyklaryny görkezýär. Çykyş reesimleri nukdaýnazaryndan, attosekunt lazerleri impulsly lazerler kategoriýasyna girýär, olaryň gaty gysga impuls dowamlylygy bilen häsiýetlendirilýär. Aýdyňlyk üçin meňzeşlik döretmek üçin üznüksiz tolkun lazerlerini üznüksiz ýagtylyk şöhlesine meňzeýän göz öňüne getirip bolýar, impulsly lazerler yşyklandyryş we garaňkylyk döwürleriniň arasynda çalt üýtgäp durýan çyra çyrasyna meňzeýär. Aslynda, attosekunt lazerleri yşyklandyryşda we garaňkylykda täsirli hereketi görkezýär, ýöne iki döwletiň arasyndaky geçiş haýran galdyryjy ýygylykda bolup, attosekuntlar çägine ýetýär.

Güýç boýunça hasam kategoriýalaşdyrmak lazerleri pes güýçli, orta güýçli we ýokary güýçli ýaýlara ýerleşdirýär. Attosekunt lazerleri gaty gysga impuls dowamlylygy sebäpli ýokary pik güýjüne ýetýärler, netijede aýdylýan iň ýokary güýç (P) - birligiň wagtyna energiýanyň intensiwligi hökmünde kesgitlenýär (P = W / t). Aýry-aýry attosekunt lazer impulslary gaty uly energiýa (W) eýe bolup bilmese-de, gysgaldylan wagtlaýyn derejesi (t) ýokary derejeli güýç berýär.

Programma domenleri nukdaýnazaryndan, lazerler senagat, lukmançylyk we ylmy goşundylary öz içine alýan spektri öz içine alýar. Attosekunt lazerleri, esasan, fizika we himiýa ugurlarynda çalt ösýän hadysalary öwrenmekde, esasanam mikrokosmiki dünýäniň çalt dinamiki proseslerine penjire hödürleýän ylmy gözlegleriň çäginde öz ýerini tapýar.

Lazer gurşawy boýunça kategoriýalaşdyrmak lazerleri gaz lazerleri, gaty berk lazerler, suwuk lazerler we ýarymgeçiriji lazerler hökmünde kesgitleýär. Atosekunt lazerleriniň emele gelmegi, adatça ýokary derejeli garmonikany döretmek üçin çyzykly däl optiki täsirlerden peýdalanyp, gaz lazer mediýasyna daýanýar.

Jemläp aýtsak, attosekunt lazerleri gysga impulsly lazerleriň özboluşly synpyny emele getirýär, adatdan daşary gysga impuls dowamlylygy bilen tapawutlanýar, adatça attosekuntlarda ölçelýär. Netijede, atomlaryň, molekulalaryň we gaty materiallaryň içindäki elektronlaryň ultrafast dinamiki proseslerini synlamak we gözegçilikde saklamak üçin zerur gurallara öwrüldi.

Attosekunt lazer öndürmegiň jikme-jik prosesi

“Attosekond” lazer tehnologiýasy, emele gelmegi üçin gyzykly şertler bilen öwünip, ylmy innowasiýalaryň başynda durýar. Atosekunt lazer öndürmegiň çylşyrymlylyklaryny düşündirmek üçin, onuň esasy ýörelgelerini gysgaça görkezmek bilen başlaýarys, soň bolsa gündelik tejribelerden alnan aýdyň metaforalar. Degişli fizikanyň çylşyrymlylyklaryny öwrenen okyjylar umytdan düşmeli däldirler, sebäbi indiki metaforalar attosekunt lazerleriniň esasy fizikasyny elýeterli etmegi maksat edinýär.

Atosekunt lazerleriniň emele geliş prosesi, esasan, ýokary garmoniki nesil (HHG) diýlip atlandyrylýan usula esaslanýar. Ilki bilen, ýokary güýçli femtosekuntyň şöhlesi (10 ^ -15 sekunt) lazer impulslary gaz maksatly materiallara berk gönükdirilýär. Atosekunt lazerlerine meňzeş femtosekunt lazerleriniň gysga impuls dowamlylygyna we ýokary pik güýjüne eýe bolmak aýratynlyklaryny paýlaşýandygyny bellemelidiris. Güýçli lazer meýdanynyň täsiri astynda, gaz atomlarynyň içindäki elektronlar atom ýadrolaryndan wagtlaýyn boşadylýar we wagtlaýynça erkin elektronlaryň ýagdaýyna girýär. Bu elektronlar lazer meýdanyna jogap hökmünde yrgyldap barýarka, ahyrsoňy gaýdyp gelip, ene atom ýadrolary bilen birleşip, täze ýokary energiýa ýagdaýlaryny döredýärler.

Bu prosesiň dowamynda elektronlar gaty ýokary tizliklerde hereket edýärler we atom ýadrolary bilen rekombinasiýa edilenden soň, ýokary energiýaly fotonlar hökmünde ýüze çykýan ýokary garmoniki zyňyndylar görnüşinde goşmaça energiýa goýberýärler.

Täze döredilen ýokary energiýaly fotonlaryň ýygylyklary, asyl lazer ýygylygynyň bitewi köpelmegi bolup, ýokary tertipli garmonika diýilýän zady emele getirýär, bu ýerde "garmonika" asyl ýygylygyň aýrylmaz köplügi bolan ýygylyklary aňladýar. Atosekunt lazerlerine ýetmek üçin bu ýokary tertipli garmonikany süzmek we ünsi jemlemek, belli bir garmonikany saýlamak we olary fokus nokadyna jemlemek zerur bolýar. Isleseňiz, impulslary gysmak usullary impulsyň dowamlylygyny hasam gysgaldyp, attosekunt aralygynda ultra gysga impulslary döredip biler. Görnüşinden, ýokary derejeli tehniki ussatlygy we ýöriteleşdirilen enjamlary talap edip, çylşyrymly we köptaraply prosesi emele getirýär.

Bu çylşyrymly prosesi aýyrmak üçin, gündelik ssenariýalarda esaslandyrylan metaforiki paralel hödürleýäris:

Intokary dykyzlykly femtosekunt lazer impulslary:

Highokary intensiwlikli femtosekunt lazer impulslarynyň ýerine ýetiren roluna meňzeş ägirt uly tizlikde derrew daş atmaga ukyply gaty güýçli katapultyň bardygyny göz öňüne getiriň.

Gazly maksatly material:

Her bir damja suw köp sanly gaz atomyny görkezýän gazly maksatly materialy alamatlandyrýan asuda suwy göz öňüne getiriň. Daşlaryň bu suw howdanyna öwrülmegi, ýokary güýçli femtosekond lazer impulslarynyň gaz maksatly materialyna täsirini meňzeýär.

Elektron hereketi we rekombinasiýa (Fiziki taýdan geçiş):

Femtosekunt lazer impulslary gaz maksatly materialyň içindäki gaz atomlaryna täsir edeninde, daşarky elektronlaryň ep-esli bölegi degişli atom ýadrolaryndan bölünip, plazma meňzeş ýagdaýy emele getirýän bir wagtyň özünde tolgunýarlar. Ulgamyň energiýasy soň azaldygyça (lazer impulslary öz-özünden impulsly, togtadyş aralyklaryny görkezýänligi sebäpli), bu daşarky elektronlar ýokary ýadroly fotonlary goýberip, atom ýadrolarynyň töweregine gaýdyp gelýärler.

Harokary garmoniki nesil:

Her gezek suw damjasy kölüň ýüzüne gaýdyp gelende, attosekunt lazerlerinde ýokary garmonika ýaly süýümleri döredýändigini göz öňüne getiriň. Bu süýümler esasy femtosekunt lazer impulsynyň netijesinde dörän asyl süýümlerden has ýokary ýygylyklara we amplitudalara eýe. HHG prosesinde daşlary yzygiderli zyňmaga meňzeýän güýçli lazer şöhlesi, kölüň ýüzüne meňzeýän gaz nyşanyny yşyklandyrýar. Bu güýçli lazer meýdany, gazdaky elektronlary, ene atomlaryndan uzaklaşdyryp, soňra yza çekýär. Her gezek elektron atomyna gaýdyp gelende, has çylşyrymly süýüm nagyşlaryna meňzeş has ýokary ýygylykly täze lazer şöhlesini çykarýar.

Süzmek we ünsi jemlemek:

Täze döredilen lazer şöhleleriniň hemmesini birleşdirip, dürli reňkleriň (ýygylyklaryň ýa-da tolkun uzynlyklarynyň) spektrini berýär, olaryň käbiri attosekunt lazerini emele getirýär. Aýratyn süýüm ululyklaryny we ýygylyklaryny izolirlemek üçin, islenýän süýümleri saýlamaga meňzeş ýöriteleşdirilen süzgüç ulanyp bilersiňiz we belli bir ýere gönükdirmek üçin ulaltýan aýna ulanyp bilersiňiz.

Impulsyň gysylmagy (zerur bolsa):

Düwürtikleri has çalt we gysga ýaýratmagy maksat edinýän bolsaňyz, her süýümiň dowam edýän wagtyny azaldyp, ýöriteleşdirilen enjam ulanyp, olaryň ýaýramagyny çaltlaşdyryp bilersiňiz. Attosekunt lazerleriniň emele gelmegi prosesleriň çylşyrymly özara baglanyşygyny öz içine alýar. Şeýle-de bolsa, döwülip, ​​şekillendirilende has düşnükli bolýar.