Di daxuyanek girîng de êvara 3ê Cotmeha 2023-an, Xelata Nobelê ya Fîzîkê ya sala 2023-an hate eşkere kirin, ku tevkariyên berbiçav ên sê zanyarên ku di warê teknolojiya lazer a attosecondê de wekî pêşeng rolên sereke lîstine nas kirin.

Têgîna "lazera attosecond" navê xwe ji demajoya pir kurt a ku ew li ser dixebitîne, bi taybetî di rêza attosecondê de, ku bi 10^-18 çirkeyan re têkildar e, digire. Ji bo têgihîştina girîngiya kûr a vê teknolojiyê, têgihiştinek bingehîn a ku attosecond nîşan dide girîng e. Attosecondek wekî yekîneyek demkî ya pir hûrdem radiweste, ku di çarçoveyek berfireh a yek saniyeyê de yek milyaryek mîlyaryek saniyeyê pêk tîne. Ji bo ku em vê yekê bidin ber perspektîfê, heke em saniyeyekê bi çiyayekî bilin ve bişibînin, ew ê attosecondek bibe mîna yek tovek qûmê ya ku li binê çiyê ye. Di vê navbera demkî ya demdemî de, ronahiyek jî bi zor dikare dûrahiyek bi qasî mezinahiya atomek kesane derbas bike. Bi karanîna lazerên attosecondê, zanyar qabîliyeta nedîtî bi dest dixin ku dînamîkên tevlihev ên elektronan di nav strukturên atomê de bişopînin û manîpule bikin, dişibihe dûbarekirina tevgera hêdî ya çarçowe-çarçove di rêzek sînemayî de, bi vî rengî di nav hevberdana wan de hûr dibin.

Lazerên Attosecondnûnertiya lûtkeya lêkolînên berfireh û hewildanên hevgirtî yên zanyaran dike, yên ku prensîbên optîka nehêl ji bo çêkirina lazerên ultralez bi dest xistine. Hatina wan ji bo çavdêrîkirin û vekolîna pêvajoyên dînamîkî yên ku di nav atom, molekul û tewra elektronan de di materyalên hişk de diqewimin, xalek nûjen peyda kiriye.

Ji bo ronîkirina cewhera lazerên attosecond û nirxandina taybetmendiyên wan ên nekonvansîyonel li gorî lazerên kevneşopî, pêdivî ye ku meriv kategorîzekirina wan di nav "malbata lazerê" ya berfireh de vekole. Dabeşkirin ji hêla dirêjahiya pêlê ve li lazerên attosecondê bi giranî di nav rêza frekansên ultraviyole berbi nerm ên tîrêjên X-ê de, li hember lazerên kevneşopî dirêjahiya pêlên wan ên bi taybetî kurttir nîşan dide. Di warê awayên derketinê de, lazerên attosecond dikevin bin kategoriya lazerên pêlkirî, ku ji hêla dirêjahiya wan a pir kurt a pêlê ve têne diyar kirin. Ji bo zelalbûnek analojîk, mirov dikare lazerên pêlên domdar wekî mîna çirayek ku tîrêjek domdar a ronahiyê diweşîne, bihesibîne, dema ku lazerên pêlkirî dişibin ronahiya strobe, ku bi lez di navbera serdemên ronahiyê û tariyê de diguhere. Di eslê xwe de, lazerên attosecondê di nav ronahiyê û tariyê de tevgerek lêdanê nîşan didin, lê dîsa jî veguheztina wan di navbera her du dewletan de bi frekansek ecêb diqewime, digihîje qada attosecondê.

Kategorîzekirina bêtir ji hêla hêzê ve lazeran di nav kelûpelên kêm-hêza, navîn û hêza bilind de cîh dike. Lazerên Attosecondê ji ber dema nebza xwe ya pir kurt, hêza lûtkeya bilind bi dest dixin, di encamê de hêzek lûtkeya diyarkirî (P) - wekî tundiya enerjiyê di yekîneya demê de (P=W/t) tê pênase kirin. Her çend pêldanên lazerê yên atotosecondî yên takekesî ne xwediyê enerjiya awarte ya mezin (W) bin jî, dirêjahiya wan a demkî ya kurtkirî (t) bi hêza lûtkeya bilind ve dide wan.

Di warê domên serîlêdanê de, laser speklek ku serîlêdanên pîşesaziyê, bijîjkî û zanistî digire nav xwe. Lazerên Attosecond di serî de cihê xwe di qada lêkolîna zanistî de dibînin, nemaze di vekolîna diyardeyên bilez ên di nav qadên fîzîk û kîmyayê de çêdibin, pencereyek li pêvajoyên bilez ên dînamîkî yên cîhana mîkrokozmîk pêşkêş dikin.

Kategorîzekirin ji hêla navgîniya lazerê ve lazeran wekî lazerên gazê, lazerên rewşa hişk, lazerên şil, û lazerên nîvconductor destnîşan dike. Hilberîna lazerên attosecondê bi gelemperî li ser medyaya lazerê ya gazê ve girêdayî ye, ku bandorên optîkî yên nehêle sermaye dike da ku ahengên rêza bilind çêbike.

Bi kurtahî, lazerên attosecond çînek bêhempa ya lazerên pêlên kurt pêk tînin, ku ji hêla dirêjahiya nebza xwe ya awarte ya kurt ve, bi gelemperî di attoseconds de têne pîvandin têne cûda kirin. Wekî encamek, ew bûne amûrên domdar ji bo çavdêrîkirin û kontrolkirina pêvajoyên dînamîkî yên ultralez ên elektronan ên di nav atom, molekul û materyalên hişk de.

Pêvajoya Berfireh a Nifşa Lazerê ya Attosecond

Teknolojiya lazerê ya Attosecond li pêşiya nûjeniya zanistî radiweste, ji bo nifşa xwe şert û mercên balkêş ên hişk pesnê xwe dide. Ji bo ronîkirina tevliheviyên nifşa lazerê ya attosecondê, em bi vegotinek kurt a prensîbên wê yên bingehîn dest pê dikin, li dûv metaforên zindî yên ku ji ezmûnên rojane têne derxistin. Xwendevanên ku di nav tevliheviyên fizîkî yên têkildar de ne hewce ne bêhêvî bibin, ji ber ku metaforên paşerojê armanc dikin ku fîzîka bingehîn a lazerên attosecondê bigihînin.

Pêvajoya hilberîna lazerên attosecondê di serî de xwe dispêre teknîka ku wekî Nifşa Bilind a Harmonîk (HHG) tê zanîn. Pêşîn, tîrêjek pêlên lazerê yên femtosecond ên tundûtûjî (10^-15 çirke) bi hişkî li ser materyalek armancek gazê tê sekinîn. Hêjayî gotinê ye ku lazerên femtosecond, mîna lazerên attosecond, taybetmendiyên xwedan dirêjahiya nebza kurt û hêza lûtkeya bilind parve dikin. Di bin bandora qada lazerê ya tund de, elektronên di nav atomên gazê de bi hûrdemî ji navokên xwe yên atomê têne azad kirin, û bi demkî dikevin rewşek elektronên azad. Gava ku ev elektron di bersivdana qada lazerê de diherikin, ew di dawiyê de vedigerin û bi navokên xwe yên atomê yên dêûbav re ji nû ve têne hev, û dewletên nû yên enerjiya bilind diafirînin.

Di vê pêvajoyê de, elektron bi leza pir bilind dimeşin, û piştî ku bi navokên atomê re ji nû ve têne berhev kirin, ew enerjiyek zêde di forma berbên ahengên bilind de berdidin, wekî fotonên enerjiya bilind diyar dibin.

Frekansên van fotonên enerjiya bilind ên ku nû hatine hilberandin, pirjimarên bêkêmasî yên frekansa lazerê ya orîjînal in, ya ku jê re tê gotin ahengên rêza bilind pêk tê, li wir "aheng" frekansên ku pirjimarên yekbûyî yên frekansa orîjînal in destnîşan dike. Ji bo bidestxistina lazerên attosecondê, pêdivî ye ku meriv van ahengên rêza bilind fîltre bike û balê bikişîne, ahengên taybetî hilbijêrin û wan di nav xalek navendî de kom bikin. Ger tê xwestin, teknîkên çewisandina pulsê dikarin dirêjahiya nebşê bêtir kurt bikin, di navbêna attosecondê de pêlên ultra-kurt bidin. Eşkere ye ku nifşa lazerên attosecond pêvajoyek sofîstîke û piralî pêk tîne, ku piçek jêhatîbûna teknîkî û alavên pispor hewce dike.

Ji bo nepenîkirina vê pêvajoya tevlihev, em paralelek mecazî ya ku di senaryoyên rojane de bingeh digire pêşkêş dikin:

Pulsên Lazerê yên Femtosecond ên Bi Hêzdarbûna Bilind:

Dibîne ku xwedan katapultek bêhempa ya hêzdar e ku dikare tavilê bi lez û bez keviran bavêje, dişibihe rola pêlên lazerê yên femtosecondê yên tund.

Materyalên Armanca Gazê:

Wêneyê laşek avê ya aram ku maddeya hedefa gazê sembolîze dike, ku her dilopek avê bi hezaran atomên gazê temsîl dike. Çalakiya avêtina keviran di nav vê laşê avê de bi rengekî analogî bandora pêlên lazerê yên femtosecondî yên tundûtûjî li ser materyalê hedefa gazê nîşan dide.

Tevgera Elektronê û Rekombînasyon (Veguhestina Fîzîkî ya Binavkirî):

Dema ku pêlên lazerê yên femtosecondê bandorê li atomên gazê yên di nav maddeya mebesta gazê de dikin, hejmareke girîng a elektronên derve bi hûrgulî bi heyecan dibin rewşek ku ew ji navokên atomê yên têkildar vediqetin û rewşek mîna plazmayê ava dikin. Ji ber ku enerjiya pergalê paşê kêm dibe (ji ber ku pêlên lazerê bi xwezayê pêlêdan in, navberên rawestanê vedihewînin), ev elektronên derve vedigerin dora xwe ya navokên atomê, fotonên enerjiya bilind derdixin.

Nifşa Bilind a Harmonîk:

Bifikirin ku her cara ku dilopek avê vedigere ser rûyê golê, ew ripelan diafirîne, mîna ahengên bilind ên di lazerên attosecondê de. Van ripelan frekans û amplîtudên wan ji ripên orîjînal ên ku ji ber pêla lazerê ya femtosecondê ya seretayî çêdibin zêdetir in. Di dema pêvajoya HHG de, tîrêjek lazerê ya hêzdar, mîna kevirên ku bi berdewamî diavêjin, hedefek gazê ronî dike, ku dişibihe rûyê golê. Ev zeviya lazerê ya tund elektronên di gazê de, mîna ripelan, ji atomên dêûbavê xwe dûr dixe û dûv re wan paşde dikişîne. Her cara ku elektronek vedigere atomê, ew tîrêjek lazerê ya nû ya bi frekansa bilindtir diweşîne, dişibihe qalibên ripple yên tevlihevtir.

Parzûnkirin û Fokuskirin:

Bi berhevkirina van hemî tîrêjên lazerê yên ku nû hatine hilberandin spektrumek ji rengên cihêreng (frekans an dirêjahiya pêlan) peyda dike, ku hin ji wan lazera attosecondê pêk tînin. Ji bo veqetandina mezinahî û frekansên rippleyên taybetî, hûn dikarin parzûnek pispor bikar bînin, mîna hilbijartina rîpên xwestî, û şûşek mezinker bikar bînin da ku wan li ser deverek taybetî balê bikşînin.

Kompresyona Pulsê (heke pêwîst be):

Heke hûn armanc dikin ku ripelan zûtir û kurttir belav bikin, hûn dikarin belavkirina wan bi karanîna amûrek pispor bilezînin, dema ku her ripple dom dike kêm bikin. Nifşa lazerên attosecondê pêvajoyek tevlihev a pêvajoyan pêk tîne. Lêbelê, dema ku were şikandin û xuyang kirin, ew bêtir tê fêm kirin.