2023 წლის 3 ოქტომბრის საღამოს მნიშვნელოვან განცხადებაში, 2023 წლის ფიზიკაში ნობელის პრემია იქნა გამოცხადებული, რომელშიც აღიარებენ სამი მეცნიერის მნიშვნელოვან წვლილს, რომლებმაც პიტოტალური როლები ითამაშეს, როგორც პიონერები, როგორც პიონერები, ატტოკონდის ლაზერული ტექნოლოგიის სფეროში.

ტერმინი "AttoSecond Laser" თავის სახელს იღებს იმ წარმოუდგენლად მოკლე ვადებიდან, რომელსაც იგი მოქმედებს, კონკრეტულად AttoSeconds- ის თანმიმდევრობით, რომელიც შეესაბამება 10^-18 წამს. ამ ტექნოლოგიის ღრმა მნიშვნელობის გასაზრდელად, უმთავრესია იმის გაგება, თუ რას ნიშნავს ატტოკონდი, უმთავრესია. AttoSecond დგას, როგორც უზომოდ წუთიერი დროის ერთეული, რაც წარმოადგენს ერთი მილიარდი მილიარდი მილიარდი მილიარდს, ერთი წამის ფართო კონტექსტში. ამის პერსპექტივაში, თუ წამს ვგეგმავდით მთის მწვერვალს, ატიცეკონდი მთის ბაზაზე მდებარე ქვიშის ერთი მარცვლეულის მსგავსი იქნებოდა. ამ ფლოტის დროებითი ინტერვალით, შუქსაც კი ძლივს შეუძლია გაიაროს მანძილი, რომელიც ექვემდებარება ინდივიდუალური ატომის ზომას. ატიცეკონდის ლაზერების გამოყენებით, მეცნიერები იძენენ უპრეცედენტო შესაძლებლობას ატომურ სტრუქტურებში ელექტრონების რთული დინამიკის შემოწმების და მანიპულირებისთვის, რაც ემსგავსება ჩარჩო-ჩარჩო ნელი მოძრაობის გამეორებას კინემატიკური თანმიმდევრობით, რითაც მათ ინტერპრეტაციაში ჩნდება.

Attosecond ლაზერებიწარმოადგენს მეცნიერთა ფართო კვლევებისა და შეთანხმებული ძალისხმევის კულმინაციას, რომლებმაც გამოიყენეს არაწრფივი ოპტიკის პრინციპები ულტრაბგერითი ლაზერების შესაქმნელად. მათმა მოსალოდნელმა ინოვაციური ვანტაჟის წერტილი მოგვიწია, რომ ატომებში, მოლეკულებსა და ელექტრონებშიც კი, მყარ მასალებში გადის დინამიური პროცესების დაკვირვება და შესწავლა.

ატიცეკონდის ლაზერების ბუნების გასარკვევად და მათი არატრადიციული ატრიბუტების დასაფასებლად ჩვეულებრივი ლაზერებთან შედარებით, აუცილებელია მათი კატეგორიზაციის შესწავლა ფართო "ლაზერულ ოჯახში". ტალღის სიგრძის კლასიფიკაცია ატაოსეკონდის ლაზერებს ძირითადად ულტრაიისფერი რბილი რენტგენის სიხშირეზე, რაც გულისხმობს მათ განსაკუთრებით მოკლე ტალღების სიგრძეებს ჩვეულებრივი ლაზერებისგან განსხვავებით. გამომავალი რეჟიმების თვალსაზრისით, AttoSecond ლაზერები შეესაბამება პულსირებული ლაზერების კატეგორიას, რომელიც ხასიათდება მათი ზედმეტად მოკლე პულსის ხანგრძლივობით. სიწმინდის ანალოგის მოსაზიდად, შეიძლება ითქვას, რომ უწყვეტი ტალღის ლაზერებივით წარმოადგენენ ფანარი, რომელიც ასხივებს უწყვეტ შუქს, ხოლო პულსირებული ლაზერები ჰგავს სტროფს შუქს, სწრაფად მონაცვლეობს განათების პერიოდებსა და სიბნელეს შორის. არსებითად, Attosecond ლაზერები ავლენენ პულსირებულ ქცევას განათებისა და სიბნელის შიგნით, მაგრამ მათი გადასვლა ორ სახელმწიფოს შორის გასაოცარი სიხშირით ხდება და მიაღწევს ატიცეკონების სფეროს.

ენერგიის შემდგომი კატეგორიზაცია ლაზერებს აყენებს დაბალი ენერგიის, საშუალო ენერგიის და მაღალი ენერგიის ფრჩხილებში. AttoSecond ლაზერები მიაღწევენ მაღალ მწვერვალ ენერგიას მათი უკიდურესად მოკლე პულსის ხანგრძლივობის გამო, რის შედეგადაც გამოხატულია მწვერვალის სიმძლავრე (P) - განსაზღვრულია, როგორც ენერგიის ინტენსივობა ერთეულის დროზე (p = w/t). მიუხედავად იმისა, რომ ინდივიდუალური ატტოკონდის ლაზერული პულსი შეიძლება არ გააჩნდეს განსაკუთრებით დიდ ენერგიას (W), მათი შემოკლებით დროებითი ზომა (t) აყენებს მათ ამაღლებული მწვერვალის სიმძლავრით.

განაცხადის დომენების თვალსაზრისით, ლაზერები მოიცავს სპექტრს, რომელიც მოიცავს სამრეწველო, სამედიცინო და სამეცნიერო პროგრამებს. AttoSecond ლაზერები, პირველ რიგში, პოულობენ თავიანთ ნიშას სამეცნიერო კვლევების სფეროში, განსაკუთრებით ფიზიკისა და ქიმიის დომენებში სწრაფად განვითარებადი ფენომენების შესწავლაში, რაც ფანჯარას სთავაზობს მიკროკოსომულ სამყაროში Swift დინამიურ პროცესებს.

ლაზერული საშუალების კატეგორიზაცია ლაზერებს ასახავს, ​​როგორც გაზის ლაზერები, მყარი მდგომარეობის ლაზერები, თხევადი ლაზერები და ნახევარგამტარული ლაზერები. ატტოკონდის ლაზერების წარმოქმნა, როგორც წესი, დამოკიდებულია გაზის ლაზერულ მედიაზე, კაპიტალიზაციას უწევს არაწრფივი ოპტიკური ეფექტებს მაღალი დონის ჰარმონიის შესაქმნელად.

შეჯამებისას, ატტოკონდის ლაზერები წარმოადგენს მოკლემეტრაჟიანი ლაზერების უნიკალურ კლასს, რომელიც გამოირჩევა მათი არაჩვეულებრივად მოკლე პულსის ხანგრძლივობით, რომელიც ჩვეულებრივ იზომება ატიცეკონებში. შედეგად, ისინი გახდნენ შეუცვლელი ინსტრუმენტები ელექტრონების ულტრაფასტის დინამიური პროცესების დაკვირვებისა და კონტროლისთვის ატომების, მოლეკულების და მყარი მასალების შიგნით.

ატიცეკონდის ლაზერული თაობის დახვეწილი პროცესი

AttoSecond ლაზერული ტექნოლოგია დგას სამეცნიერო ინოვაციების წინა პლანზე, რომელიც ამაყობს მისი თაობის დამაინტრიგებლად მკაცრი პირობებით. ატიცეკონდის ლაზერული წარმოების სირთულეების გასაგებად, ჩვენ ვიწყებთ მისი ძირითადი პრინციპების ლაკონურ ექსპოზიციას, რასაც მოჰყვება ყოველდღიური გამოცდილებიდან გამომდინარე ნათელი მეტაფორები. შესაბამისი ფიზიკის სირთულეებში გაჟღენთილი მკითხველები არ სჭირდებათ სასოწარკვეთილება, რადგან მომდევნო მეტაფორები მიზნად ისახავს ატტოკონდის ლაზერების ფუნდამენტურ ფიზიკას ხელმისაწვდომი.

ატიცეკონდის ლაზერების წარმოქმნის პროცესი, პირველ რიგში, ეყრდნობა მაღალი ჰარმონიული თაობის (HHG) ცნობილ ტექნიკას. პირველ რიგში, მაღალი ინტენსივობის ფემტოსეკონდის (10^-15 წამის) სხივი ლაზერული პულსიები მჭიდროდ არის ორიენტირებული აირის მიზნობრივი მასალაზე. აღსანიშნავია, რომ FemtoSecond ლაზერები, ატიცეკონდის ლაზერების მსგავსად, იზიარებენ მოკლე პულსის ხანგრძლივობასა და მაღალი მწვერვალების სიმძლავრის მახასიათებლებს. ინტენსიური ლაზერული ველის გავლენის ქვეშ, გაზის ატომებში არსებული ელექტრონები მომენტალურად განთავისუფლდებიან მათი ატომური ბირთვებისგან, გარდამავალია თავისუფალი ელექტრონების მდგომარეობაში. როდესაც ეს ელექტრონები ლაზერული ველის საპასუხოდ ხდება, ისინი საბოლოოდ ბრუნდებიან და რეკონსტრუქციებენ მშობელთა ატომური ბირთვებით, ქმნიან ახალ ენერგიის ახალ სახელმწიფოებს.

ამ პროცესის დროს, ელექტრონები მოძრაობენ უკიდურესად მაღალ სიჩქარეზე და ატომური ბირთვების რეკონსტრუქციისთანავე, ისინი ათავისუფლებენ დამატებით ენერგიას მაღალი ჰარმონიული ემისიების სახით, ვლინდება როგორც მაღალი ენერგიის ფოტონები.

ამ ახლად წარმოქმნილი მაღალი ენერგიის ფოტონების სიხშირეა ლაზერული სიხშირის მთელი რიცხვი, ქმნის იმას, რასაც უწოდებენ მაღალი დონის ჰარმონიას, სადაც "ჰარმონიკა" ნიშნავს სიხშირეებს, რომლებიც ორიგინალური სიხშირის ინტეგრალური მრავლდება. AttoSecond ლაზერების მისაღწევად, აუცილებელი ხდება ამ მაღალი დონის ჰარმონიკის გაფილტვრა და ფოკუსირება, სპეციფიკური ჰარმონიის შერჩევა და მათი კონცენტრირება ყურადღების ცენტრში. თუ სასურველია, პულსის შეკუმშვის ტექნიკას შეუძლია კიდევ უფრო შემოკლდეს პულსის ხანგრძლივობა, რაც ულტრაიისფერი პულსიების გამოყოფას ახდენს ატაოსეკონდის დიაპაზონში. აშკარაა, რომ ატტოკონდის ლაზერების წარმოქმნა წარმოადგენს დახვეწილ და მრავალმხრივ პროცესს, რომელიც ითხოვს მაღალი ხარისხის ტექნიკურ შესაძლებლობებს და სპეციალიზებულ აღჭურვილობას.

ამ რთული პროცესის დისტანცირების მიზნით, ჩვენ გთავაზობთ მეტაფორულ პარალელურად, რომელიც დასაბუთებულია ყოველდღიურ სცენარებში:

მაღალი ინტენსივობის ფემტოსეკონდის ლაზერული პულსი:

Envision ფლობენ განსაკუთრებით ძლიერი კატაპულტი, რომელსაც შეუძლია მყისიერად ჩქარობდეს ქვები კოლოსალური სიჩქარით, რაც ჰგავს როლს მაღალი ინტენსივობის ფემტოზეკონდის ლაზერული პულსიებით.

აირისებური სამიზნე მასალა:

წარმოაჩინეთ წყლის მშვიდი სხეული, რომელიც სიმბოლოა აირისებრი სამიზნე მასალა, სადაც წყლის თითოეული წვეთი წარმოადგენს მრავალრიცხოვან გაზის ატომებს. წყლის ამ სხეულში ქვის მოქმედების მოქმედება ანალოგიურად ასახავს მაღალი ინტენსივობის ფემოსეკონდის ლაზერული პულსის გავლენას აირისებრი სამიზნე მასალაზე.

ელექტრონის მოძრაობა და რეკუმინაცია (ფიზიკურად უწოდებენ გადასვლას):

როდესაც Femtosecond ლაზერული პულსი გავლენას ახდენს გაზის ატომებზე აირისებრი სამიზნე მასალის შიგნით, გარე ელექტრონების მნიშვნელოვანი რაოდენობა მომენტალურად აღფრთოვანებულია იმ მდგომარეობაში, სადაც ისინი განშორდებიან შესაბამისი ატომური ბირთვიდან, ქმნიან პლაზმური მსგავსი მდგომარეობას. როდესაც სისტემის ენერგია შემდგომში მცირდება (რადგან ლაზერული პულსი თანდაყოლილი პულსირდება, რომელშიც შეწყვეტილია ინტერვალები), ეს გარე ელექტრონები ბრუნდებიან ატომური ბირთვების მახლობლად, ათავისუფლებენ მაღალი ენერგიის ფოტონებს.

მაღალი ჰარმონიული თაობა:

წარმოიდგინეთ ყოველ ჯერზე, როდესაც წყლის წვეთი ტბის ტბის ზედაპირს უბრუნდება, ის ქმნის ripples- ს, ისევე როგორც მაღალი ჰარმონიკა ატიცეკონდის ლაზერებში. ამ რიპალებს აქვთ უფრო მაღალი სიხშირე და ამპლიტუდა, ვიდრე პირველადი ფემტოზეკონდის ლაზერული პულსი. HHG პროცესის დროს, ძლიერი ლაზერული სხივი, რომელიც მუდმივად დაარტყა ქვებს, ანათებს გაზის სამიზნეს და წააგავს ტბის ზედაპირს. ეს ინტენსიური ლაზერული ველი ელექტრონებს აყენებს გაზში, ანალოგიური ხრახნიანი, მათი მშობლის ატომებისგან დაშორებით და შემდეგ უკან იხევს. ყოველ ჯერზე, როდესაც ელექტრონი ბრუნდება ატომზე, ის ასხივებს ახალ ლაზერულ სხივს უფრო მაღალი სიხშირით, ისევე როგორც უფრო რთული მბრწყინავი ნიმუშები.

ფილტრაცია და ფოკუსირება:

ყველა ამ ახლად წარმოქმნილი ლაზერული სხივების შერწყმა იძლევა სხვადასხვა ფერის სპექტრს (სიხშირეები ან ტალღების სიგრძე), რომელთაგან ზოგი წარმოადგენს ატტოკონდის ლაზერს. სპეციფიკური ზომის ზომებისა და სიხშირეების იზოლირებისთვის, შეგიძლიათ გამოიყენოთ სპეციალიზირებული ფილტრი, სასურველი რუბრიკის არჩევისას და გამოიყენოთ გამადიდებელი მინა, რომ ყურადღება გამახვილდეს კონკრეტულ მხარეზე.

პულსის შეკუმშვა (საჭიროების შემთხვევაში):

თუ მიზნად ისახავთ უფრო სწრაფად და მოკლე და უფრო მოკლეა, შეგიძლიათ დააჩქაროთ მათი გამრავლება სპეციალიზირებული მოწყობილობის გამოყენებით, შეამციროთ დრო, როდესაც თითოეული რქის ხანგრძლივობა გრძელდება. AttoSecond ლაზერების თაობა მოიცავს პროცესების რთულ ურთიერთქმედებას. თუმცა, როდესაც იშლება და ვიზუალიზდება, ის უფრო გასაგები ხდება.