2023 елның 3 октябре кичендә мөһим игъланда 2023 ел өчен Физика буенча Нобель премиясе ачылды, аттосекунд лазер технологиясе өлкәсендә пионер булып төп роль уйнаган өч галимнең зур өлешен танып.

"Аттосекунд лазер" термины аның исемен ул эшләгән гаҗәеп кыска вакыт схемасыннан ала, махсус аттосекундлар тәртибендә, 10 ^ -18 секундка туры килә. Бу технологиянең тирән мәгънәсен аңлау өчен, аттосекундның нәрсә аңлатканын төп аңлау иң мөһиме. Аттосекунд бик минутлы вакыт берәмлеге булып тора, бер секундның киңрәк контекстында секундның миллиардтан бер өлешен тәшкил итә. Моны күз алдына китерү өчен, әгәр без бер секундны биек тау белән чагыштырсак, аттосекунд тау төбендә оя корган бер ком ашлыгына охшаш булыр иде. Бу вакытлы вакытлы интервалда хәтта яктылык аерым атом зурлыгына эквивалент араны узып китә ала. Аттосекунд лазерларын кулланып, галимнәр моңарчы күрелмәгән сәләткә ия булалар, атом структуралары эчендә электроннарның катлаулы динамикасын, кинематографик эзлеклелектә әкрен-әкрен репликага охшаш, шуның белән аларның үзара бәйләнешенә кереп.

Аттосекунд лазерларыультрафаст лазерлар ясау өчен сызыксыз оптика принципларын кулланган галимнәрнең киң тикшеренүләренең һәм уртак тырышлыкларының кульминациясен күрсәтәләр. Аларның килүе безгә атом, молекулалар, хәтта электроннар каты материалларда булган динамик процессларны күзәтү һәм өйрәнү өчен инновацион мөмкинлек бирде.

Аттосекунд лазерларның табигатен ачыклау һәм гадәти лазерлар белән чагыштырганда аларның традицион булмаган атрибутларын бәяләү өчен, киңрәк "лазерлар гаиләсе" кысаларында аларның категорияләрен тикшерү зарур. Дулкын озынлыгы буенча классификация аттосекунд лазерларны күбесенчә ультрафиолет диапазонында йомшак рентген ешлыкларында, бу гадәти лазерлардан аермалы буларак, дулкын озынлыкларын күрсәтә. Чыгыш режимнары ягыннан, аттосекунд лазерлар импульслы лазерлар категориясенә керәләр, аларның бик кыска импульс озынлыгы белән характерланалар. Ачыклык өчен аналогия ясау өчен, өзлексез дулкынлы лазерларны өзлексез яктылык җибәрүче фонарь кебек күз алдына китерергә мөмкин, ә импульслы лазерлар яктылык һәм караңгылык чорлары арасында тиз алышынып торган строб яктысына охшаш. Асылда, аттосекунд лазерлар яктырту һәм караңгылык эчендә сокландыргыч тәртип күрсәтәләр, ләкин аларның ике дәүләт арасындагы күчүе гаҗәп ешлыкта уза, аттосекундлар өлкәсенә барып җитә.

Алга таба энергия буенча классификацияләү лазерларны аз көчле, урта көчле һәм югары көчле кашыкларга урнаштыра. Аттосекунд лазерлары бик кыска импульс озынлыгы аркасында иң югары көчкә ирешәләр, нәтиҗәдә иң югары көч (P) барлыкка килә - берәмлек вакытына энергиянең интенсивлыгы (P = W / t). Индивидуаль аттосекунд лазер импульслары гаҗәеп зур энергиягә ия булмаса да, аларның кыскартылган вакытлыча күләме (t) аларны югары көч көче белән бирә.

Куллану доменнары ягыннан лазерлар сәнәгать, медицина һәм фәнни кушымталарны үз эченә алган спектрны үз эченә ала. Аттосекунд лазерлары беренче чиратта фәнни тикшеренүләр өлкәсендә, аеруча физика һәм химия өлкәләрендә тиз үсә барган күренешләрне барлауда, микрокосмик дөньяның тиз динамик процессларына тәрәзә тәкъдим итәләр.

Лазерлы уртача категорияләү лазерларны газ лазерлары, каты торышлы лазерлар, сыек лазерлар һәм ярымүткәргеч лазерлар итеп билгели. Аттосекунд лазерлар барлыкка килү, гадәттә, газ лазерлы медиага таяна, югары тәртипле гармониканы булдыру өчен сызыксыз оптик эффектларны куллана.

Йомгаклап әйткәндә, аттосекунд лазерлар кыска импульслы лазерларның уникаль классын тәшкил итәләр, гадәттән тыш кыска импульс озынлыгы белән аерылып торалар, гадәттә аттосекундларда үлчәнәләр. Нәтиҗәдә, алар атом, молекулалар һәм каты материаллар эчендә электроннарның ультрафаст динамик процессларын күзәтү һәм контрольдә тоту өчен алыштыргысыз коралга әйләнделәр.

Аттосекунд лазер буынының җентекле процессы

Аттосекунд лазер технологиясе фәнни инновациянең алгы сафында тора, аның барлыкка килүе өчен бик катлаулы шартлар белән мактана. Аттосекунд лазер буынының эчтәлеген ачыклау өчен, без аның төп принципларын кыскача экспозициядән башлыйбыз, аннары көндәлек тәҗрибәләрдән алынган ачык метафоралар. Тиешле физиканың эчтәлеген ачкан укучылар өметсезлеккә мохтаҗ түгел, чөнки киләсе метафоралар аттосекунд лазерларның төп физикасын кулланырга мөмкинлек бирә.

Аттосекунд лазерларның буын процессы, беренче чиратта, югары гармоник буын (HHG) дип аталган техникага таяна. Беренчедән, югары интенсив фемтосекунд нуры (10 ^ -15 секунд) лазер импульслары газлы максат материалына нык тупланган. Шунысын да әйтергә кирәк, фемтосекунд лазерлар, аттосекунд лазерларына охшаган, кыска импульс озынлыгы һәм югары көч көченә ия булу үзенчәлекләрен уртаклашалар. Көчле лазер кыры тәэсирендә газ атомнары эчендәге электроннар вакытлыча атом ядрәләреннән азат ителәләр, вакытлыча ирекле электроннар торышына керәләр. Бу электроннар лазер кырына җавап итеп осылгач, ахыр чиктә кире кайталар һәм ата-аналарының атом ядрәләре белән рекомбинацияләнәләр, яңа югары энергия халәтләрен булдыралар.

Бу процесс барышында электроннар бик югары тизлектә хәрәкәт итәләр, һәм атом ядрәләре белән рекомбинацияләнгәч, алар югары гармоник эмиссия формасында өстәмә энергия чыгаралар, югары энергияле фотоннар булып күренәләр.

Бу яңа барлыкка килгән югары энергияле фотоннарның ешлыклары - оригиналь лазер ешлыгының тулы тапкырлаулары, югары тәртипле гармония дип аталганны формалаштыралар, монда "гармоника" оригиналь ешлыкның аерылгысыз тапкырлаучы ешлыкларын белдерә. Аттосекунд лазерларына ирешү өчен, бу югары тәртипле гармониканы фильтрларга һәм тупларга, конкрет гармониканы сайлап, аларны фокус ноктасына тупларга кирәк. Әгәр теләсәгез, импульсны кысу техникасы импульсның озынлыгын кыскартырга мөмкин, аттосекунд диапазонында ультра кыска импульслар китерә. Күрәсең, аттосекунд лазерлар барлыкка килү катлаулы һәм күпкырлы процесс тәшкил итә, югары дәрәҗәдәге техник осталык һәм махсус җиһаз таләп итә.

Бу катлаулы процессны демистификацияләү өчен, без көндәлек сценарийларда нигезләнгән метафорик параллель тәкъдим итәбез:

Intгары интенсивлык Фемтосекунд лазер импульслары:

Бик зур тизлектә ташларны тиз арада ыргыта алырлык гаҗәеп катапултка ия ​​булу күзаллау, югары интенсив фемтосекунд лазер импульслары роленә охшаган.

Газлы максат материалы:

Газлы максатлы материалны символлаштыручы тыныч су объектын күз алдыгызга китерегез, анда һәр тамчы су күп санлы газ атомнарын күрсәтә. Ташларны бу су объектына этәрү акты югары интенсив фемтосекунд лазер импульсларының газлы максат материалына тәэсирен чагылдыра.

Электрон хәрәкәт һәм рекомбинация (физик яктан терминлы күчү):

Фемтосекунд лазер импульслары газ максатлы материал эчендәге газ атомнарына тәэсир иткәндә, күп санлы тышкы электроннар вакытлыча дулкынланалар, алар үзләренең атом ядрәләреннән аерылып, плазмага охшаш хәл формалаштыралар. Соңрак системаның энергиясе кими барган саен (лазер импульслары табигый рәвештә импульсланган, туктату интерваллары булганлыктан), бу тышкы электроннар югары энергияле фотоннар чыгарып, атом ядрәләре тирәсенә кайталар.

Highгары гармоник буын:

Күз алдыгызга китерегез, су тамчысы күл өстенә кире кайткач, ул аттосекунд лазерларында югары гармоника кебек зурлыклар тудыра. Бу рипллар төп фемтосекунд лазер импульсы аркасында килеп чыккан оригиналь риплларга караганда ешрак һәм амплитудага ия. HHG процессы вакытында, ташларны өзлексез ыргытуга охшаган көчле лазер нуры, күл өслегенә охшаган газ максатын яктырта. Бу көчле лазер кыры газдагы электроннарны, сикерүләргә охшаган, ата-аналар атомнарыннан ераклаштыра, аннары аларны кирегә тарта. Электрон атомга кире кайткан саен, ул тагын да катлаулырак ешлыклы яңа лазер нуры чыгара.

Фильтрлау һәм фокуслау:

Бу яңа барлыкка килгән лазер нурларын берләштерү төрле төсләр спектрын (ешлыклар яки дулкын озынлыклары) бирә, аларның кайберләре аттосекунд лазерны тәшкил итә. Аерым зурлыкларны һәм ешлыкларны аеру өчен, сез махсус фильтр куллана аласыз, кирәкле шакмакларны сайлау кебек, һәм аларны зур мәйданга юнәлтү өчен зурлаучы пыяла куллана аласыз.

Пульсны кысу (кирәк булса):

Әгәр дә сез тизрәк һәм кыскарак таралырга уйласагыз, махсус таралу ярдәмендә аларның таралышын тизләтә аласыз, һәр риплның дәвам итү вакытын кыскартып. Аттосекунд лазерлар барлыкка килү процессларның катлаулы үзара бәйләнешен үз эченә ала. Ләкин, ватылып, визуальләштерелгәндә, ул аңлаешлы була.