Dina hiji pengumuman anu penting dina sonten tanggal 3 Oktober 2023, Hadiah Nobel dina Fisika pikeun taun 2023 diumumkeun, anu ngaku kana kontribusi anu luar biasa ti tilu élmuwan anu parantos maénkeun peran penting salaku pionir dina ranah téknologi laser attosecond.

Istilah "laser attosecond" asalna tina skala waktu anu pondok pisan anu dianggo, khususna dina urutan attoseconds, anu pakait sareng 10^-18 detik. Pikeun nangkep pentingna téknologi ieu, pamahaman dasar ngeunaan naon anu diwakilan ku attosecond penting pisan. Attosecond nangtung salaku unit waktos anu menit pisan, ngawangun sapersamiliar sapersamiliar detik dina kontéks anu langkung lega tina hiji detik. Pikeun nempatkeun ieu kana perspektif, upami urang ngabandingkeun detik sareng gunung anu jangkung, attosecond bakal sami sareng hiji butir keusik anu aya di dasar gunung. Dina interval temporal anu sakedap ieu, bahkan cahaya ampir teu tiasa ngalangkungan jarak anu sami sareng ukuran atom individu. Ngaliwatan panggunaan laser attosecond, para ilmuwan kéngingkeun kamampuan anu teu acan pernah aya pikeun nalungtik sareng ngamanipulasi dinamika éléktron anu rumit dina struktur atom, sapertos replay gerak laun pigura-demi-pigura dina runtuyan sinematik, sahingga ngajalajah interaksi aranjeunna.

Laser attosecondngawakilan puncak tina panalungtikan anu éksténsif sareng usaha anu dihijikeun ku para ilmuwan, anu parantos ngamangpaatkeun prinsip-prinsip optik nonlinier pikeun ngadamel laser ultra gancang. Kadatanganna parantos nyayogikeun urang titik pandang anu inovatif pikeun observasi sareng éksplorasi prosés dinamis anu lumangsung dina atom, molekul, sareng bahkan éléktron dina bahan padet.

Pikeun ngajelaskeun sifat laser attosecond sareng ngahargaan atribut anu teu konvensional dibandingkeun sareng laser konvensional, penting pikeun nalungtik kategorisasi na dina "kulawarga laser" anu langkung lega. Klasifikasi dumasar panjang gelombang nempatkeun laser attosecond utamina dina kisaran frékuénsi sinar-X ultraviolét dugi ka lemes, nunjukkeun panjang gelombangna anu langkung pondok dibandingkeun sareng laser konvensional. Dina hal modeu kaluaran, laser attosecond kalebet kana kategori laser pulsa, dicirikeun ku durasi pulsa anu pondok pisan. Pikeun ngagambar analogi pikeun kajelasan, urang tiasa ngabayangkeun laser gelombang kontinyu sapertos senter anu ngaluarkeun sinar cahaya kontinyu, sedengkeun laser pulsa nyarupaan lampu strobo, gancang silih genti antara période iluminasi sareng poék. Intina, laser attosecond nunjukkeun paripolah pulsating dina iluminasi sareng poék, tapi transisi antara dua kaayaan lumangsung dina frékuénsi anu héran, ngahontal ranah attosecond.

Kategorisasi salajengna dumasar kana kakuatan nempatkeun laser kana kurung kakuatan rendah, kakuatan sedeng, sareng kakuatan luhur. Laser attosecond ngahontal kakuatan puncak anu luhur kusabab durasi pulsa anu pondok pisan, ngahasilkeun kakuatan puncak anu jelas (P) - dihartikeun salaku inténsitas énergi per unit waktos (P=W/t). Sanaos pulsa laser attosecond individu panginten henteu gaduh énergi anu ageung pisan (W), tingkat temporal anu disingget (t) masihan aranjeunna kakuatan puncak anu luhur.

Dina widang aplikasi, laser ngawengku spéktrum anu ngawengku aplikasi industri, médis, sareng ilmiah. Laser attosecond utamina mendakan niche na dina ranah panalungtikan ilmiah, khususna dina éksplorasi fénoména anu gancang mekar dina ranah fisika sareng kimia, nawiskeun jandela kana prosés dinamis anu gancang di dunya mikrokosmos.

Kategorisasi dumasar kana média laser ngabédakeun laser salaku laser gas, laser solid-state, laser cair, sareng laser semikonduktor. Generasi laser attosecond biasana gumantung kana média laser gas, ngamangpaatkeun épék optik nonlinier pikeun ngahasilkeun harmonik orde luhur.

Singkatna, laser attosecond ngawangun kelas laser pulsa pondok anu unik, anu dibédakeun ku durasi pulsa anu luar biasa pondok, biasana diukur dina attoseconds. Hasilna, éta parantos janten alat anu teu tiasa dipisahkeun pikeun niténan sareng ngontrol prosés dinamis ultra-gancang éléktron dina atom, molekul, sareng bahan padet.

Prosés anu rumit tina Generasi Laser Attosecond

Téhnologi laser attosecond nangtung di garis hareup inovasi ilmiah, kalayan sakumpulan kaayaan anu ketat sareng pikaresepeun pikeun generasina. Pikeun ngajelaskeun seluk-beluk generasi laser attosecond, urang mimitian ku paparan ringkes ngeunaan prinsip-prinsip anu mendasarinya, dituturkeun ku metafora anu jelas anu diturunkeun tina pangalaman sapopoe. Pamaca anu teu acan terang kana seluk-beluk fisika anu relevan teu kedah putus asa, sabab metafora salajengna bertujuan pikeun ngajantenkeun fisika dasar laser attosecond tiasa diaksés.

Prosés generasi laser attosecond utamina ngandelkeun téknik anu katelah High Harmonic Generation (HHG). Mimitina, sinar pulsa laser femtosecond inténsitas tinggi (10^-15 detik) difokuskeun pageuh kana bahan target gas. Perlu dicatet yén laser femtosecond, sarupa jeung laser attosecond, mibanda ciri-ciri miboga durasi pulsa anu pondok sareng kakuatan puncak anu luhur. Dina pangaruh médan laser anu kuat, éléktron dina atom gas dibébaskeun sakedap tina inti atomna, sacara samentawis asup kana kaayaan éléktron bébas. Nalika éléktron ieu osilasi salaku réspon kana médan laser, aranjeunna pamustunganana balik deui sareng ngahiji deui sareng inti atom indungna, nyiptakeun kaayaan énergi tinggi anu énggal.

Salila prosés ieu, éléktron gerak dina kecepatan anu kacida luhurna, sareng nalika rékombinasi sareng inti atom, éta ngaleupaskeun énergi tambahan dina bentuk émisi harmonik anu luhur, anu némbongan salaku foton énergi anu luhur.

Frékuénsi foton énergi tinggi anu nembé dihasilkeun ieu mangrupikeun kelipatan bilangan bulat tina frékuénsi laser aslina, ngabentuk naon anu disebut harmonik orde tinggi, dimana "harmonik" nunjukkeun frékuénsi anu mangrupikeun kelipatan integral tina frékuénsi aslina. Pikeun ngahontal laser attosecond, janten diperyogikeun pikeun nyaring sareng fokus harmonik orde tinggi ieu, milih harmonik khusus sareng konsentrasi kana titik fokus. Upami dipikahoyong, téknik komprési pulsa tiasa langkung nyingget durasi pulsa, ngahasilkeun pulsa ultra-pondok dina rentang attosecond. Jelas, generasi laser attosecond mangrupikeun prosés anu canggih sareng multifaset, anu meryogikeun tingkat kamahéran téknis anu luhur sareng peralatan khusus.

Pikeun ngajelaskeun prosés anu rumit ieu, kami nawiskeun paralel métaforis anu didasarkeun kana skénario sadidinten:

Pulsa Laser Femtodetik Intensitas Tinggi:

Bayangkeun gaduh ketapel anu luar biasa kuatna anu sanggup ngalungkeun batu sacara instan dina kecepatan anu kolosal, sami sareng peran anu dicoo ku pulsa laser femtosecond inténsitas tinggi.

Bahan Sasaran Gas:

Bayangkeun hiji badan cai anu tenang anu ngalambangkeun bahan target gas, dimana unggal tetes cai ngalambangkeun rupa-rupa atom gas. Kalakuan ngadorong batu kana badan cai ieu sacara analog ngagambarkeun dampak pulsa laser femtosecond inténsitas tinggi kana bahan target gas.

Gerakan jeung Rekombinasi Éléktron (Sacara Fisik Disebut Transisi):

Nalika pulsa laser femtosecond mangaruhan atom gas dina bahan target gas, sajumlah ageung éléktron luar samentawis kaéksitasi kana kaayaan dimana aranjeunna leupas tina inti atom masing-masing, ngabentuk kaayaan sapertos plasma. Nalika énergi sistem salajengna ngirangan (sabab pulsa laser sacara inheren dipulsi, anu nampilkeun interval eureun), éléktron luar ieu balik deui ka sakitar inti atom, ngaleupaskeun foton énergi tinggi.

Generasi Harmonik Luhur:

Bayangkeun unggal tetesan cai murag deui ka beungeut situ, éta nyiptakeun riak, kawas harmonik anu luhur dina laser attosecond. Riak-riak ieu mibanda frékuénsi sareng amplitudo anu langkung luhur tibatan riak aslina anu disababkeun ku pulsa laser femtosecond primér. Salila prosés HHG, sinar laser anu kuat, siga batu anu terus-terusan dialungkeun, nyaangan target gas, siga beungeut situ. Médan laser anu kuat ieu ngadorong éléktron dina gas, analog jeung riak, jauh ti atom indukna teras narikna deui. Unggal éléktron balik deui ka atom, éta ngaluarkeun sinar laser anyar kalayan frékuénsi anu langkung luhur, siga pola riak anu langkung rumit.

Nyaring sareng Fokus:

Ngahijikeun sadaya sinar laser anu nembé dihasilkeun ieu ngahasilkeun spéktrum rupa-rupa warna (frékuénsi atanapi panjang gelombang), sababaraha di antarana ngawangun laser attosecond. Pikeun ngasingkeun ukuran sareng frékuénsi riak anu khusus, anjeun tiasa nganggo filter khusus, sapertos milih riak anu dipikahoyong, sareng nganggo kaca pembesar pikeun museurkeun kana daérah anu khusus.

Kompresi Pulsa (upami diperyogikeun):

Upami anjeun ngincer nyebarkeun riak langkung gancang sareng langkung pondok, anjeun tiasa ngagancangkeun panyebaranana nganggo alat khusus, ngirangan waktos unggal riak lumangsung. Pembangkitan laser attosecond ngalibatkeun interaksi prosés anu rumit. Nanging, nalika diuraikeun sareng divisualisasikeun, éta janten langkung kahartos.