Di êvara 3ê Cotmeha 2023an de, di daxuyaniyek girîng de, Xelata Nobelê ya Fîzîkê ya sala 2023an hate eşkerekirin, ku tê de beşdariyên berbiçav ên sê zanyarên ku di warê teknolojiya lazerê ya attoçirkeyê de wekî pêşeng rolên girîng lîstine, têne nasandin.

Peyva "lazerê attoçirkeyê" navê xwe ji ber dema pir kurt a ku ew lê dixebite, bi taybetî di rêza attoçirkeyan de, ku bi 10^-18 çirkeyan re têkildar e, digire. Ji bo fêhmkirina girîngiya kûr a vê teknolojiyê, têgihîştineke bingehîn a wateya attoçirkeyê pir girîng e. Attoçirke wekî yekîneyeke demê ya pir piçûk e, ku di çarçoveya berfirehtir a saniyeyekê de yek milyar ji milyarek saniyeyê pêk tîne. Ji bo ku em vê yekê di perspektîfê de bi cih bikin, heke em saniyeyekê bi çiyayekî bilind re bişibînin, attoçirke dê dişibihe dendikek qûmê ku li binê çiyê ye. Di vê navbera demkî ya kurt de, tewra ronahî jî bi zorê dikare dûrahiyek bi qasî mezinahiya atomek takekesî derbas bike. Bi karanîna lazerên attoçirkeyê, zanyar şiyana bêhempa bi dest dixin ku dînamîkên tevlihev ên elektronan di nav avahiyên atomî de lêkolîn bikin û manîpule bikin, mîna dubarekirina tevgera hêdî çarçove-bi-çarçove di rêzefîlmek sînemayî de, bi vî rengî di nav têkiliya wan de kûr dibin.

Lazerên AttoçirkeyanEncama lêkolînên berfireh û hewldanên hevgirtî yên zanyaran temsîl dike, yên ku prensîbên optîkên ne-xêzik bikar anîne da ku lazerên ultralez çêbikin. Hatina wan ji me re xalek nûjen ji bo çavdêrîkirin û lêkolîna pêvajoyên dînamîk ên ku di nav atom, molekul û tewra elektronan de di materyalên hişk de derbas dibin peyda kiriye.

Ji bo ronîkirina xwezaya lazerên attoçirkeyan û nirxandina taybetmendiyên wan ên ne-kevneşopî li gorî lazerên kevneşopî, pir girîng e ku kategoriya wan di nav "malbata lazeran" a berfirehtir de were lêkolîn kirin. Dabeşkirin li gorî dirêjahiya pêlê lazerên attoçirkeyan bi giranî di nav rêza frekansên ultraviyole heta tîrêjên X yên nerm de cih digire, ku dirêjahiya pêlên wan ên bi girîngî kurttir li gorî lazerên kevneşopî nîşan dide. Ji hêla modên derketinê ve, lazerên attoçirkeyan dikevin bin kategoriya lazerên pulsasyonî, ku bi demên pulsasyonê yên pir kurt têne xuyang kirin. Ji bo zelalbûnê analojiyek çêbikin, meriv dikare lazerên pêla domdar wekî çirayek ku tîrêjek ronahiyê ya domdar derdixe, xeyal bike, lê lazerên pulsasyonî dişibin ronahiyek stroboskopîk, ku bi lez di navbera demên ronîkirin û tariyê de diguherin. Di bingeh de, lazerên attoçirkeyan di nav ronîkirin û tariyê de tevgerînek pulsasyonî nîşan didin, lê veguheztina wan di navbera her du rewşan de bi frekansek ecêb çêdibe, digihîje qada attoçirkeyan.

Kategorîzekirina bêtir li gorî hêzê lazeran di nav brakên hêza kêm, hêza navîn û hêza bilind de dicivîne. Lazerên atoçirkeyan ji ber demên pulsên wan ên pir kurt hêza lûtkeya bilind bi dest dixin, ku di encamê de hêzek lûtkeya berbiçav (P) çêdibe - ku wekî şîdeta enerjiyê di yekîneya demê de (P=W/t) tê pênasekirin. Her çend pulsên lazerên atoçirkeyan ên takekesî dibe ku enerjiyek pir mezin (W) nebin jî, dirêjahiya wan a demkî ya kurtkirî (t) hêza lûtkeya bilind dide wan.

Ji aliyê qadên serîlêdanê ve, lazer spektrumek berfireh vedihewîne ku serîlêdanên pîşesazî, bijîşkî û zanistî dihewîne. Lazerên attoçirkeyan bi giranî di qada lêkolînên zanistî de, nemaze di lêkolîna diyardeyên ku bi lez pêşve diçin di warên fîzîk û kîmyayê de, cihê xwe dibînin, û pencereyekê pêşkêş dikin bo pêvajoyên dînamîk ên bilez ên cîhana mîkrokozmîk.

Kategorîzekirin li gorî navgîniya lazerê lazeran wekî lazerên gazê, lazerên rewşa hişk, lazerên şile, û lazerên nîvconductor destnîşan dike. Çêkirina lazerên attoçirkeyan bi gelemperî li ser navgîniya lazerên gazê ve girêdayî ye, û ji bandorên optîkî yên ne-xêzik sûd werdigire da ku harmonîkên rêza bilind çêbike.

Bi kurtasî, lazerên attoçirkeyan çînek bêhempa ya lazerên pulsên kurt pêk tînin, ku bi demên pulsên xwe yên pir kurt, ku bi gelemperî bi attoçirkeyan têne pîvandin, têne cudakirin. Di encamê de, ew bûne amûrên girîng ji bo çavdêrîkirin û kontrolkirina pêvajoyên dînamîk ên ultralez ên elektronan di nav atom, molekul û materyalên hişk de.

Pêvajoya Berfireh a Çêkirina Lazerê Attoçirkeyê

Teknolojiya lazerê ya attoçirkeyan di pêşengiya nûjeniya zanistî de radiweste, û ji bo çêkirina wê şert û mercên balkêş û dijwar pêşkêş dike. Ji bo ronîkirina tevliheviyên çêkirina lazerê ya attoçirkeyan, em bi vegotinek kurt a prensîbên wê yên bingehîn dest pê dikin, û dûv re jî metaforên zindî yên ji ezmûnên rojane hatine wergirtin. Xwendevanên ku di tevliheviyên fîzîka têkildar de nezan in, ne hewce ye ku bêhêvî bibin, ji ber ku metaforên piştî wê armanc dikin ku fîzîka bingehîn a lazerên attoçirkeyan bigihînin mirovan.

Proseya çêkirina lazerên attoçirkeyan bi giranî li ser teknîka ku wekî Çêkirina Harmonîk a Bilind (HHG) tê zanîn disekine. Pêşî, tîrêjek ji pulsên lazer ên femtoçirkeyan (10^-15 saniye) yên bi şîddeta bilind bi hişkî li ser materyalek hedef a gazê têne balkişandin. Hêjayî gotinê ye ku lazerên femtoçirkeyan, dişibin lazerên attoçirkeyan, taybetmendiyên xwedîkirina demên pulsên kurt û hêza lûtkeya bilind parve dikin. Di bin bandora zeviya lazer a dijwar de, elektronên di nav atomên gazê de ji navokên xwe yên atomî demkî têne azad kirin, û bi demkî dikevin rewşek elektronên azad. Dema ku ev elektron di bersiva zeviya lazer de dihejînin, ew di dawiyê de vedigerin û bi navokên xwe yên atomî yên dêûbav re têne hev kirin, û rewşên nû yên enerjiya bilind diafirînin.

Di vê pêvajoyê de, elektron bi leza pir zêde diçin, û dema ku bi navokên atomî re ji nû ve têne hevber kirin, ew enerjiya zêde di forma emîsyonên harmonîk ên bilind de berdidin, ku wekî fotonên enerjiya bilind xuya dibin.

Frekansên van fotonên enerjiya bilind ên nû hatine çêkirin, pirjimarên hejmarî yên frekansa lazerê ya orîjînal in, ku tiştê ku wekî harmonîkên rêza bilind tê binavkirin pêk tînin, ku "harmonîk" frekansên ku pirjimarên yekpare yên frekansa orîjînal in nîşan dide. Ji bo bidestxistina lazerên attoçirkeyan, pêdivî ye ku ev harmonîkên rêza bilind werin fîltrekirin û fokuskirin, harmonîkên taybetî werin hilbijartin û wan di xalek fokusê de werin kom kirin. Ger were xwestin, teknîkên pêçandina pulsê dikarin dema pulsê bêtir kurt bikin, û pulsên pir kurt di rêza attoçirkeyan de çêbikin. Bê guman, çêkirina lazerên attoçirkeyan pêvajoyek sofîstîke û piralî pêk tîne, ku pêdivî bi pileya bilind a jêhatîbûna teknîkî û alavên taybetî heye.

Ji bo zelalkirina vê pêvajoya aloz, em paraleleke metaforîk pêşkêş dikin ku li ser senaryoyên rojane hatiye avakirin:

Pulsên Lazerê yên Femtoçirkeyî yên Bi Hêz Bilind:

Xeyal bikin ku xwediyê matapultekî pir bihêz be ku dikare di cih de keviran bi leza mezin biavêje, mîna rola pulsên lazerê yên femtoçirkeyan ên bi şîddeta bilind.

Materyalê Armanca Gazî:

Xeyal bikin ku laşek avê ya aram sembola madeya hedef a gazî ye, ku her dilopek avê hejmareke bêhejmar atomên gazê temsîl dike. Çalakiya avêtina keviran nav vê laşê avê bi awayekî analog bandora pulsên lazer ên femtoçirkeyan ên bi şîddeta bilind li ser madeya hedef a gazî nîşan dide.

Tevgera Elektronê û Ji Nû Ve Têkelbûn (Bi Fîzîkî Jê re Veguhastin tê gotin):

Dema ku pulsên lazerê yên femtoçirkeyan li atomên gazê yên di nav materyalê hedefa gazê de bandor dikin, hejmareke girîng ji elektronên derve ji bo demekê têne çalakirin heya rewşek ku ew ji navokên xwe yên atomî vediqetin, rewşek mîna plazmayê çêdikin. Her ku enerjiya pergalê paşê kêm dibe (ji ber ku pulsên lazerê bi xwezayî pulsasyon in, bi navberên rawestandinê), ev elektronên derve vedigerin nêzîkî navokên atomî, fotonên bi enerjiya bilind berdidin.

Hilberîna Harmonîk a Bilind:

Bifikirin ku her cara ku dilopek av vedigere ser rûyê golê, ew pêlên avê çêdike, mîna harmonîkên bilind di lazerên atoçirkeyan de. Van pêlên avê frekans û amplîtûdên wan ji pêlên eslî yên ku ji hêla pulsa lazerê ya femtoçirkeya sereke ve têne çêkirin bilindtir in. Di dema pêvajoya HHG de, tîrêjek lazerê ya bihêz, dişibihe avêtina keviran a domdar, hedefek gazê ronî dike, ku dişibihe rûyê golê. Ev qada lazerê ya dijwar elektronên di gazê de, mîna pêlên avê, ji atomên dêûbavên wan dûr dixe û dûv re wan dikişîne. Her cara ku elektronek vedigere atomê, ew tîrêjek lazerê ya nû bi frekanseke bilindtir diweşîne, dişibihe şêweyên pêlên tevlihevtir.

Fîlterkirin û Fokuskirin:

Bi hevgirtina van hemû tîrêjên lazerê yên nû çêkirî, spektrumek ji rengên cûrbecûr (frekans an dirêjahiya pêlê) çêdibe, ku hin ji wan lazera attoçirkeyan pêk tînin. Ji bo veqetandina mezinahî û frekansên pêlên taybetî, hûn dikarin fîlterek taybetî bikar bînin, mîna hilbijartina pêlên xwestî, û camek mezinkirinê bikar bînin da ku wan li ser deverek taybetî balê bikişînin.

Zêdekirina Pulsê (eger pêwîst be):

Eger armanca te ew be ku pêlên şewqê zûtir û kurttir belav bikî, tu dikarî bi karanîna amûrek taybet belavbûna wan bileztir bikî, û dema ku her pêlek dom dike kêm bikî. Çêkirina lazerên attoçirkeyan têkeliyek tevlihev a pêvajoyan dihewîne. Lêbelê, dema ku were parçekirin û were dîtin, ew bêtir têgihîştî dibe.