Во значајната објава на вечерта на 3 октомври 2023 година, беше откриена Нобеловата награда за физика за 2023 година, признавајќи ги извонредните придонеси на тројца научници кои играле клучни улоги како пионери во областа на ласерската технологија за ласер.

Терминот „атмосекунд ласер“ го носи своето име од неверојатно кратката временска рамка на која работи, конкретно по редослед на атосекунди, што одговара на 10^-18 секунди. Да се ​​сфати длабокото значење на оваа технологија, основното разбирање на она што го означува Атосекунд е најголема. Атмосекунд е како претерано минута единица, што претставува една милијартити милијардити од секундата во поширокиот контекст на една секунда. Да го ставиме ова во перспектива, ако сакавме да ја споредиме секундата со висока планина, атмоскундата би била слична на едно зрно песок, сместено во базата на планината. Во овој минлив временски интервал, дури и светлината едвај може да помине на растојание еквивалентно на големината на индивидуалниот атом. Преку користење на ласерите AttoSecond, научниците се стекнуваат со невидена можност да ја испитаат и манипулираат со сложената динамика на електроните во атомските структури, слични на репродукција на рамка по рамка во кинеска секвенца, а со тоа да се вклопи во нивната меѓусебна игра.

Ласери со атосекундпретставуваат кулминација на широко истражување и усогласени напори на научниците, кои ги искористија принципите на нелинеарната оптика за занаетчиски ласери со ултрафаст. Нивното доаѓање нè опремени со иновативна гледна точка за набудување и истражување на динамичните процеси кои се движат во атомите, молекулите, па дури и електроните во цврсти материјали.

За да се разјасни природата на ласерите на атосекунд и да се цениме нивните неконвенционални атрибути во споредба со конвенционалните ласери, императив е да се истражи нивната категоризација во поширокото „ласерско семејство“. Класификацијата со бранови должини на ласерите со атосекунд претежно во опсегот на ултравиолетовите до меките фреквенции на Х-зраци, што означуваат нивните особено пократки бранови должини за разлика од конвенционалните ласери. Во однос на излезните режими, ласерите со атосекунд спаѓаат во категоријата пулсирани ласери, карактеризирани со нивните претерано кратки траење на пулсот. За да се нацрта аналогија за јасност, може да се предвидат ласери со континуиран бран како слични на фенерчето што емитува континуиран зрак на светлина, додека пулсираните ласери личат на светлина од строги, брзо наизменично помеѓу периоди на осветлување и темнина. Во суштина, ласерите со атосекунд покажуваат пулсирачко однесување во рамките на осветлувањето и темнината, но сепак нивната транзиција помеѓу двете држави се транспортира со зачудувачка фреквенција, достигнувајќи до царството на атмоскунди.

Понатамошна категоризација од страна на електрични места ласери во загради со мала моќност, средна моќност и голема моќност. Ласерите со атосекунд постигнуваат висока моќност на врвот заради нивните екстремно кратки траење на пулсот, што резултира во изразена врвна моќност (П) - дефинирана како интензитет на енергија по единица време (p = w/t). Иако индивидуалните ласерски пулсирања на атмосекунда не можат да поседуваат исклучително голема енергија (W), нивната скратена временска мерка (T) ги пренесува со покачена моќност.

Во однос на домените на примена, ласерите опфаќаат спектар што опфаќа индустриски, медицински и научни апликации. Ласерите на AttoSecond првенствено ја наоѓаат својата ниша во рамките на научното истражување, особено во истражувањето на брзо еволуирачки феномени во рамките на домените на физиката и хемијата, нудејќи прозорец во брзинските динамички процеси на микрокосмички свет.

Категоризација од ласерски медиум ги разграничува ласерите како ласери на гас, ласери со цврста состојба, течни ласери и полупроводници. Генерацијата на ласери со атосекунд обично зависи од ласерските медиуми на гас, капитализирајќи се на нелинеарни оптички ефекти за да предизвикаат хармоника со висок ред.

Како сумирање, ласерите на атосекунд претставуваат уникатна класа на ласери со кратки пулсирања, кои се одликуваат со нивните извонредно кратки траење на пулсот, обично мерени во атмосекунди. Како резултат, тие станаа неопходни алатки за набудување и контрола на ултрафаст динамичните процеси на електроните во атомите, молекулите и цврстите материјали.

Деталниот процес на ласерската генерација на атосекунд

AttoSecond Laser Technology е во првите редови на научните иновации, фали интригантно ригорозен пакет на услови за својата генерација. За да ги разјасниме сложеноста на ласерската генерација на атосекунд, започнуваме со концизна изложба на нејзините основни принципи, проследено со живописни метафори добиени од секојдневните искуства. Читателите кои не се разгледуваат во сложеноста на релевантната физика не треба да очајуваат, бидејќи последователните метафори имаат за цел да ја направат основната физика на ласерите на атосекунд достапни.

Процесот на генерација на ласерите на атосекунд првенствено се потпира на техниката позната како висока хармонична генерација (HHG). Прво, зракот на ласерски пулси со голем интензитет (10^-15 секунди) е цврсто фокусирана на гасовитен целен материјал. Вреди да се напомене дека ласерите на фемосекунда, слични на ласерите на Атосекунд, ги споделуваат карактеристиките на поседување кратки траење на пулсот и висока моќност. Под влијание на интензивното ласерско поле, електроните во рамките на атомите на гас се моментално ослободени од нивните атомски јадра, привремено влегуваат во состојба на слободни електрони. Бидејќи овие електрони осцилираат како одговор на ласерското поле, тие на крајот се враќаат и се рекомбинираат со атомските јадра на родители, создавајќи нови состојби со висока енергија.

За време на овој процес, електроните се движат со екстремно високи брзини и по рекомбинација со атомските јадра, тие ослободуваат дополнителна енергија во форма на високи хармонични емисии, манифестирајќи се како високо-енергетски фотони.

Фреквенциите на овие ново-генерирани високо-енергетски фотони се цели броеви на оригиналната ласерска фреквенција, формирајќи го она што се нарекува хармоника со висок ред, каде „хармониката“ означува фреквенции кои се интегрални множители на оригиналната фреквенција. За да се постигнат ласери со атосекунд, станува неопходно да се филтрираат и фокусираат овие хармоници со висок ред, избирање на специфични хармоники и концентрирање на истите во фокусна точка. Доколку сакате, техниките за компресија на пулсот можат дополнително да го скратат времетраењето на пулсот, давајќи ултра-кратки пулсирања во опсегот AttoSecond. Очигледно, генерацијата на ласери за атосекунд претставува софистициран и повеќеслоен процес, барајќи висок степен на техничка моќ и специјализирана опрема.

За да го демистифицираме овој сложена процес, нудиме метафоричка паралела заснована во секојдневните сценарија:

Ласерски пулси со висок интензитет на фемосекунда:

Замислете да поседувате исклучително моќен катапулт способен за веднаш брзање камења со колосални брзини, слични на улогата што ја играат ласерските пулси со висок интензитет на фемосекунда.

Гасен целен материјал:

Сликајте мирно тело на вода што го симболизира гасовитиот целен материјал, каде што секоја капка вода претставува огромен број атоми на гас. Актот на придвижување на камења во ова тело на вода аналогно го одразува влијанието на ласерските пулси со висок интензитет на фемосекунд на гасовитиот целен материјал.

Движење на електрони и рекомбинација (физички наречена транзиција):

Кога ласерските ласерски пулсирања влијаат врз атомите на гас во рамките на гасовитиот целен материјал, значителен број на надворешни електрони се моментално возбудени во состојба каде што тие се одвојуваат од соодветните атомски јадра, формирајќи состојба слична на плазма. Бидејќи енергијата на системот последователно се намалува (бидејќи ласерските пулсирања се инхерентно пулсирани, со интервали на престанок), овие надворешни електрони се враќаат во нивната близина на атомските јадра, ослободувајќи фотони со висока енергија.

Висока хармонична генерација:

Замислете секој пат кога капката со вода ќе се врати на површината на езерото, создава бранови, слично како високи хармоники во ласерите на атосекунд. Овие бранови имаат повисоки фреквенции и амплитуди од оригиналните бранувања предизвикани од примарниот ласерски пулс на фемосекунда. За време на процесот на HHG, моќен ласерски зрак, сличен на постојано фрлање камења, осветлува цел на гас, наликувајќи на површината на езерото. Ова интензивно ласерско поле ги придвижува електроните во гасот, аналогно на бранот, подалеку од атомите на родителите и потоа ги повлекува назад. Секој пат кога електронот ќе се врати на атомот, испушта нов ласерски зрак со поголема фреквенција, слична на покомплексни обрасци на бран.

Филтрирање и фокусирање:

Комбинирањето на сите овие ново генерирани ласерски греди дава спектар на разни бои (фреквенции или бранови должини), од кои некои го сочинуваат ласерот Attosecond. За да изолирате специфични големини и фреквенции на бран, можете да користите специјализиран филтер, сличен на избор на посакувани бранувања и да користите лупа за да ги фокусирате на одредена област.

Компресија на пулсот (доколку е потребно):

Ако имате за цел да ги пропагирате брановите побрзо и пократко, можете да го забрзате нивното размножување со помош на специјализиран уред, намалувајќи го времето на кое трае секоја брадавица. Генерацијата на ласери со атосекунд вклучува комплексно мешање на процесите. Меѓутоа, кога се распаѓа и визуелизира, станува по разбирливо.