Dalam pengumuman penting pada malam 3 Oktober 2023, Hadiah Nobel dalam Fisika untuk Tahun 2023 diluncurkan, mengakui kontribusi luar biasa dari tiga ilmuwan yang telah memainkan peran penting sebagai pelopor dalam bidang teknologi laser attosecond.

Istilah "attosecond laser" memperoleh namanya dari skala waktu yang sangat singkat yang dioperasikan, khususnya dalam urutan attoseconds, sesuai dengan 10^-18 detik. Untuk memahami signifikansi mendalam dari teknologi ini, pemahaman mendasar tentang apa yang ditandatangani oleh Attosecond adalah yang terpenting. Sebuah attosecond berdiri sebagai unit waktu yang sangat kecil, merupakan sepersekian miliar dari satu detik dalam konteks yang lebih luas dari satu detik. Untuk menempatkan ini ke dalam perspektif, jika kita menyamakan satu detik dengan gunung yang menjulang tinggi, attosecond akan mirip dengan satu butir pasir tunggal yang terletak di pangkalan gunung. Dalam interval temporal yang singkat ini, bahkan cahaya hampir tidak dapat melintasi jarak yang setara dengan ukuran atom individu. Melalui pemanfaatan laser attosecond, para ilmuwan mendapatkan kemampuan yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk meneliti dan memanipulasi dinamika elektron yang rumit dalam struktur atom, mirip dengan tayangan ulang gerak lambat bingkai demi kerangka dalam urutan sinematik, dengan demikian menggali interaksi mereka.

Laser Attosecondmewakili puncak dari penelitian yang luas dan upaya bersama oleh para ilmuwan, yang telah memanfaatkan prinsip -prinsip optik nonlinier untuk membuat laser yang sangat ultrafast. Advent mereka telah melengkapi kita dengan titik pandang inovatif untuk pengamatan dan eksplorasi proses dinamis yang terjadi dalam atom, molekul, dan bahkan elektron dalam bahan padat.

Untuk menjelaskan sifat laser attosecond dan menghargai atribut mereka yang tidak konvensional dibandingkan dengan laser konvensional, sangat penting untuk mengeksplorasi kategorisasi mereka dalam "keluarga laser" yang lebih luas. Klasifikasi oleh tempat gelombang tempat laser attosecond terutama dalam kisaran frekuensi sinar-X ultraviolet hingga lunak, menandakan panjang gelombang mereka yang lebih pendek berbeda dengan laser konvensional. Dalam hal mode output, laser attosecond termasuk dalam kategori laser berdenyut, ditandai dengan durasi pulsa yang sangat singkat. Untuk menggambar analogi untuk kejelasan, seseorang dapat membayangkan laser gelombang kontinu sebagai mirip dengan senter yang memancarkan sinar cahaya kontinu, sementara laser berdenyut menyerupai cahaya strobo, dengan cepat bergantian antara periode pencahayaan dan kegelapan. Intinya, laser attosecond menunjukkan perilaku berdenyut dalam penerangan dan kegelapan, namun transisi mereka antara kedua negara terjadi pada frekuensi yang mencengangkan, mencapai ranah attoseconds.

Kategorisasi lebih lanjut oleh Power menempatkan laser ke dalam kurung berdaya rendah, daya sedang, dan daya tinggi. Laser attosecond mencapai daya puncak tinggi karena durasi pulsa yang sangat pendek, menghasilkan daya puncak yang diucapkan (P) - didefinisikan sebagai intensitas energi per satuan waktu (P = W/T). Meskipun pulsa laser attosecond individu mungkin tidak memiliki energi yang sangat besar (W), tingkat temporal yang disingkat (T) menanamkannya dengan daya puncak yang tinggi.

Dalam hal domain aplikasi, laser menjangkau spektrum yang meliputi aplikasi industri, medis, dan ilmiah. Laser Attosecond terutama menemukan ceruk mereka dalam ranah penelitian ilmiah, khususnya dalam eksplorasi fenomena yang berkembang pesat dalam domain fisika dan kimia, menawarkan jendela ke dalam proses dinamis cepat dunia mikrokosmik.

Kategorisasi oleh Laser Medium menggambarkan laser sebagai laser gas, laser solid-state, laser cair, dan laser semikonduktor. Generasi laser attosecond biasanya bergantung pada media laser gas, memanfaatkan efek optik nonlinier untuk menimbulkan harmonik tingkat tinggi.

Dalam penjumlahan, laser attosecond merupakan kelas unik laser pulsa pendek, dibedakan oleh durasi pulsa singkatnya yang sangat singkat, biasanya diukur dalam attoseconds. Akibatnya, mereka telah menjadi alat yang sangat diperlukan untuk mengamati dan mengendalikan proses dinamis ultrafast elektron dalam atom, molekul, dan bahan padat.

Proses rumit generasi laser attosecond

Teknologi Laser Attosecond berdiri di garis depan inovasi ilmiah, membanggakan serangkaian kondisi yang sangat ketat untuk generasinya. Untuk menjelaskan seluk -beluk generasi laser attosecond, kita mulai dengan eksposisi ringkas dari prinsip -prinsip yang mendasari, diikuti oleh metafora yang jelas yang berasal dari pengalaman sehari -hari. Pembaca tidak bersalah dalam seluk -beluk fisika yang relevan tidak perlu putus asa, karena metafora berikutnya bertujuan untuk membuat fisika dasar laser attosecond dapat diakses.

Proses generasi laser attosecond terutama bergantung pada teknik yang dikenal sebagai generasi harmonik tinggi (HHG). Pertama, balok pulsa laser femtosecond intensitas tinggi (10^-15 detik) difokuskan dengan ketat pada bahan target gas. Perlu dicatat bahwa laser femtosecond, mirip dengan laser attosecond, berbagi karakteristik memiliki durasi denyut nadi pendek dan daya puncak tinggi. Di bawah pengaruh bidang laser yang intens, elektron di dalam atom gas sejenak dibebaskan dari inti atomnya, secara sementara memasuki keadaan elektron bebas. Ketika elektron-elektron ini berosilasi sebagai respons terhadap bidang laser, mereka akhirnya kembali dan bergabung kembali dengan inti atom induknya, menciptakan negara-negara berenergi tinggi baru.

Selama proses ini, elektron bergerak dengan kecepatan yang sangat tinggi, dan setelah rekombinasi dengan inti atom, mereka melepaskan energi tambahan dalam bentuk emisi harmonik tinggi, yang dimanifestasikan sebagai foton berenergi tinggi.

Frekuensi foton berenergi tinggi yang baru dihasilkan ini adalah kelipatan integer dari frekuensi laser asli, membentuk apa yang disebut harmonik orde tinggi, di mana "harmonik" menunjukkan frekuensi yang merupakan kelipatan integral dari frekuensi asli. Untuk mencapai laser attosecond, menjadi perlu untuk menyaring dan memfokuskan harmonik orde tinggi ini, memilih harmonik spesifik dan memusatkan mereka ke titik fokus. Jika diinginkan, teknik kompresi pulsa dapat lebih jauh menyingkat durasi pulsa, menghasilkan pulsa ultra-pendek dalam rentang attosecond. Jelas, generasi laser attosecond merupakan proses yang canggih dan beragam, menuntut tingkat kecakapan teknis dan peralatan khusus yang tinggi.

Untuk mendemistifikasi proses rumit ini, kami menawarkan paralel metaforis yang didasarkan pada skenario sehari -hari:

Pulsa laser femtosecond intensitas tinggi:

Membayangkan memiliki ketapel yang sangat kuat yang mampu melemparkan batu secara instan dengan kecepatan kolosal, mirip dengan peran yang dimainkan oleh pulsa laser femtosecond intensitas tinggi.

Bahan target gas:

Bayangkan badan air yang tenang yang melambangkan bahan target gas, di mana setiap tetesan air mewakili banyak atom gas. Tindakan mendorong batu ke dalam badan air ini secara analog mencerminkan dampak pulsa laser femtosecond intensitas tinggi pada bahan target gas.

Gerakan dan rekombinasi elektron (transisi yang disebut fisik):

Ketika pulsa laser femtosecond berdampak pada atom gas dalam bahan target gas, sejumlah besar elektron luar sangat bersemangat untuk keadaan di mana mereka melepaskan dari inti atom masing-masing, membentuk keadaan seperti plasma. Karena energi sistem kemudian berkurang (karena pulsa laser secara inheren berdenyut, menampilkan interval penghentian), elektron luar ini kembali ke sekitar inti atom, melepaskan foton berenergi tinggi.

Generasi Harmonik Tinggi:

Bayangkan setiap kali tetesan air jatuh kembali ke permukaan danau, itu menciptakan riak, seperti harmonik tinggi di laser attosecond. Riak -riak ini memiliki frekuensi dan amplitudo yang lebih tinggi daripada riak asli yang disebabkan oleh pulsa laser femtosecond primer. Selama proses HHG, balok laser yang kuat, mirip dengan batu -batu yang terus -menerus, menerangi target gas, menyerupai permukaan danau. Bidang laser yang intens ini mendorong elektron dalam gas, analog dengan riak, jauh dari atom induknya dan kemudian menariknya kembali. Setiap kali elektron kembali ke atom, ia memancarkan sinar laser baru dengan frekuensi yang lebih tinggi, mirip dengan pola riak yang lebih rumit.

Penyaringan dan Fokus:

Menggabungkan semua balok laser yang baru dihasilkan ini menghasilkan spektrum berbagai warna (frekuensi atau panjang gelombang), beberapa di antaranya merupakan laser attosecond. Untuk mengisolasi ukuran dan frekuensi riak tertentu, Anda dapat menggunakan filter khusus, mirip dengan memilih riak yang diinginkan, dan menggunakan kaca pembesar untuk memfokuskannya ke area tertentu.

Kompresi denyut nadi (jika perlu):

Jika Anda bertujuan untuk menyebarkan riak lebih cepat dan lebih pendek, Anda dapat mempercepat propagasi mereka menggunakan perangkat khusus, mengurangi waktu setiap riak berlangsung. Generasi laser attosecond melibatkan interaksi proses yang kompleks. Namun, ketika dipecah dan divisualisasikan, itu menjadi lebih dapat dipahami.