अक्टोबर 3, 2023 को साँझ एक महत्त्वपूर्ण घोषणामा, एटोसेकेन्ड लेजर टेक्नोलोजीको क्षेत्रमा अग्रगामीको रूपमा निर्णायक भूमिका खेलेका तीन वैज्ञानिकहरूको उत्कृष्ट योगदानलाई मान्यता दिँदै, वर्ष 2023 को लागि भौतिकशास्त्रको नोबेल पुरस्कार अनावरण गरियो।

"एट्टोसेकेन्ड लेजर" शब्दले यसको नाम 10^-18 सेकेन्डसँग सम्बन्धित, विशेष गरी एटोसेकेन्डको क्रममा सञ्चालन गर्ने अविश्वसनीय रूपमा छोटो टाइमस्केलबाट आएको हो। यस प्रविधिको गहिरो महत्त्व बुझ्नको लागि, एटोसेकेन्डले के बुझाउँछ भन्ने आधारभूत बुझाइ सर्वोपरि छ। एटोसेकेन्ड समयको एक धेरै मिनेट एकाइको रूपमा खडा हुन्छ, एक सेकेन्डको फराकिलो सन्दर्भमा सेकेन्डको एक अरबवाँ भागको एक अरबौं भाग बनाउँछ। यसलाई परिप्रेक्ष्यमा राख्नको लागि, यदि हामीले एक सेकेन्डलाई अग्लो पहाडसँग तुलना गर्ने हो भने, एक एटोसेकेन्ड पहाडको फेदमा बसेको बालुवाको एक दाना जस्तै हुनेछ। यस क्षणिक अस्थायी अन्तरालमा, प्रकाशले पनि व्यक्तिगत परमाणुको आकार बराबरको दूरी पार गर्न सक्दैन। एटोसेकेन्ड लेजरहरूको प्रयोगको माध्यमबाट, वैज्ञानिकहरूले आणविक संरचनाहरू भित्र इलेक्ट्रोनहरूको जटिल गतिशीलतालाई छानबिन गर्न र हेरफेर गर्न अभूतपूर्व क्षमता प्राप्त गर्छन्, सिनेमाई अनुक्रममा फ्रेम-द्वारा-फ्रेम ढिलो-मोशन रिप्लेजस्तै, यसरी तिनीहरूको अन्तर्क्रियामा जान्छन्।

एटोसेकेन्ड लेजरहरूअल्ट्राफास्ट लेजरहरू क्राफ्ट गर्न ननलाइनर अप्टिक्सका सिद्धान्तहरू प्रयोग गर्ने वैज्ञानिकहरूद्वारा व्यापक अनुसन्धान र ठोस प्रयासहरूको परिणति प्रतिनिधित्व गर्दछ। तिनीहरूको आगमनले हामीलाई परमाणुहरू, अणुहरू र ठोस पदार्थहरूमा इलेक्ट्रोनहरू भित्र पारिने गतिशील प्रक्रियाहरूको अवलोकन र अन्वेषणको लागि एक अभिनव सहूलियत बिन्दु प्रदान गरेको छ।

एटोसेकेन्ड लेजरहरूको प्रकृति स्पष्ट गर्न र परम्परागत लेजरहरूको तुलनामा तिनीहरूको अपरंपरागत विशेषताहरूको कदर गर्न, फराकिलो "लेजर परिवार" भित्र तिनीहरूको वर्गीकरण अन्वेषण गर्न आवश्यक छ। तरंगदैर्ध्य स्थानहरू एटोसेकेन्ड लेजरहरू द्वारा वर्गीकरण मुख्यतया पराबैंगनी देखि नरम एक्स-रे आवृत्तिहरूको दायरा भित्र, परम्परागत लेजरहरूको विपरित तिनीहरूको विशेष रूपमा छोटो तरंगदैर्ध्यलाई संकेत गर्दछ। आउटपुट मोडहरूको सन्दर्भमा, एटोसेकेन्ड लेजरहरू स्पंदित लेजरहरूको श्रेणी अन्तर्गत पर्दछन्, तिनीहरूको अत्यधिक छोटो पल्स अवधिहरू द्वारा विशेषता। स्पष्टताको लागि एक समानता कोर्न को लागी, कसैले निरन्तर प्रकाशको किरण उत्सर्जन गर्ने फ्ल्यासलाइट जस्तै निरन्तर-तरंग लेजरहरू परिकल्पना गर्न सक्छ, जबकि स्पंदित लेजरहरू एक स्ट्रोब लाइट जस्तै देखिन्छन्, प्रकाश र अन्धकारको अवधिको बीचमा द्रुत रूपमा परिवर्तन हुन्छ। संक्षेपमा, एटोसेकेन्ड लेजरहरूले प्रकाश र अन्धकार भित्र पल्सेटिंग व्यवहार प्रदर्शन गर्दछ, तर पनि दुई राज्यहरू बीचको तिनीहरूको संक्रमण अचम्मको फ्रिक्वेन्सीमा हुन्छ, एटोसेकेन्डको दायरामा पुग्छ।

पावरद्वारा थप वर्गीकरणले लेजरहरूलाई कम-शक्ति, मध्यम-शक्ति, र उच्च-शक्ति कोष्ठकहरूमा राख्छ। एटोसेकेन्ड लेजरहरूले उनीहरूको अत्यन्त छोटो पल्स अवधिहरूको कारणले उच्च शिखर पावर प्राप्त गर्दछ, जसको परिणामस्वरूप उच्च शक्ति (P) - प्रति एकाइ समय ऊर्जाको तीव्रता (P=W/t) को रूपमा परिभाषित गरिन्छ। यद्यपि व्यक्तिगत एटोसेकेन्ड लेजर पल्सहरूमा असाधारण रूपमा ठूलो ऊर्जा (W) नहुन सक्छ, तिनीहरूको संक्षिप्त अस्थायी सीमा (t) ले तिनीहरूलाई उच्च शिखर शक्ति प्रदान गर्दछ।

एप्लिकेसन डोमेनहरूको सन्दर्भमा, लेजरहरूले औद्योगिक, चिकित्सा, र वैज्ञानिक अनुप्रयोगहरू समावेश गर्ने स्पेक्ट्रम फैलाउँछन्। एटोसेकेन्ड लेजरहरूले मुख्यतया वैज्ञानिक अनुसन्धानको दायरा भित्र आफ्नो स्थान पत्ता लगाउँछन्, विशेष गरी भौतिक विज्ञान र रसायन विज्ञानको क्षेत्र भित्र द्रुत रूपमा विकसित हुने घटनाहरूको अन्वेषणमा, माइक्रोकोस्मिक संसारको द्रुत गतिशील प्रक्रियाहरूमा झ्याल प्रदान गर्दै।

लेजर माध्यमद्वारा वर्गीकरण लेजरहरूलाई ग्यास लेजरहरू, ठोस-राज्य लेजरहरू, तरल लेजरहरू, र अर्धचालक लेजरहरूको रूपमा चित्रण गर्दछ। एटोसेकेन्ड लेजरहरूको पुस्ता सामान्यतया ग्यास लेजर मिडियामा टिक्छ, उच्च-अर्डर हार्मोनिक्सहरू उत्पन्न गर्न ननलाइनर अप्टिकल प्रभावहरूमा पूंजीकरण गर्दछ।

संक्षेपमा, एटोसेकेन्ड लेजरहरूले छोटो-पल्स लेजरहरूको एक अद्वितीय वर्गको गठन गर्दछ, तिनीहरूको असाधारण रूपमा छोटो पल्स अवधिहरू, सामान्यतया एटोसेकेन्डमा मापन गरिन्छ। नतिजाको रूपमा, तिनीहरू परमाणुहरू, अणुहरू, र ठोस पदार्थहरू भित्र इलेक्ट्रोनहरूको अल्ट्राफास्ट गतिशील प्रक्रियाहरू अवलोकन र नियन्त्रण गर्न अपरिहार्य उपकरण भएका छन्।

एटोसेकेन्ड लेजर जेनेरेसनको विस्तृत प्रक्रिया

Attosecond लेजर टेक्नोलोजी वैज्ञानिक नवाचारको अग्रभागमा उभिएको छ, यसको पुस्ताको लागि एक चाखलाग्दो कठोर सर्तहरूको घमण्ड गर्दै। एटोसेकेन्ड लेजर जेनेरेसनको जटिलताहरू स्पष्ट गर्न, हामी यसको अन्तर्निहित सिद्धान्तहरूको संक्षिप्त प्रदर्शनको साथ सुरु गर्छौं, त्यसपछि दैनिक अनुभवहरूबाट व्युत्पन्न ज्वलंत रूपकहरू। सान्दर्भिक भौतिकीका जटिलताहरूमा नपुगेका पाठकहरूले निराश हुनुपर्दैन, किनकि आगामी रूपकहरूले एटोसेकेन्ड लेजरहरूको आधारभूत भौतिकीलाई पहुँचयोग्य बनाउने लक्ष्य राख्छन्।

एटोसेकेन्ड लेजरहरूको उत्पादन प्रक्रिया मुख्य रूपमा उच्च हार्मोनिक जेनेरेसन (HHG) भनेर चिनिने प्रविधिमा निर्भर गर्दछ। सबैभन्दा पहिले, उच्च-तीव्रता फेमटोसेकेन्ड (१०^-१५ सेकेन्ड) लेजर पल्सको किरणलाई ग्यासीय लक्ष्य सामग्रीमा कडा रूपमा केन्द्रित गरिएको छ। यो ध्यान दिन लायक छ कि फेमटोसेकेन्ड लेजरहरू, एटोसेकेन्ड लेजरहरू जस्तै, छोटो पल्स अवधि र उच्च शिखर शक्ति भएको विशेषताहरू साझा गर्दछ। तीव्र लेजर क्षेत्रको प्रभाव अन्तर्गत, ग्याँस परमाणुहरू भित्रका इलेक्ट्रोनहरू क्षणिक रूपमा तिनीहरूको परमाणु नाभिकबाट मुक्त हुन्छन्, क्षणिक रूपमा स्वतन्त्र इलेक्ट्रोनहरूको स्थितिमा प्रवेश गर्छन्। यी इलेक्ट्रोनहरू लेजर फिल्डको प्रतिक्रियामा ओसिलिलेट हुनाले, तिनीहरू अन्ततः फर्कन्छन् र तिनीहरूको अभिभावक परमाणु न्यूक्लीसँग पुन: संयोजित हुन्छन्, नयाँ उच्च-ऊर्जा अवस्थाहरू सिर्जना गर्छन्।

यस प्रक्रियाको क्रममा, इलेक्ट्रोनहरू अत्यन्त उच्च गतिमा सर्छन्, र परमाणु केन्द्रकसँग पुन: संयोजित भएपछि, तिनीहरूले उच्च हार्मोनिक उत्सर्जनको रूपमा अतिरिक्त ऊर्जा छोड्छन्, उच्च-ऊर्जा फोटनको रूपमा प्रकट हुन्छन्।

यी भर्खरै उत्पन्न भएका उच्च-ऊर्जा फोटानको फ्रिक्वेन्सीहरू मूल लेजर फ्रिक्वेन्सीको पूर्णांक गुणकहरू हुन्, जसलाई उच्च-अर्डर हार्मोनिक्स भनिन्छ, जहाँ "हार्मोनिक्स" ले फ्रिक्वेन्सीहरूलाई जनाउँछ जुन मूल आवृत्तिको अभिन्न गुणनहरू हुन्। एटोसेकेन्ड लेजरहरू प्राप्त गर्न, यी उच्च-अर्डर हार्मोनिक्सहरूलाई फिल्टर गर्न र फोकस गर्न आवश्यक हुन्छ, विशिष्ट हार्मोनिक्सहरू चयन गरेर र तिनीहरूलाई केन्द्र बिन्दुमा केन्द्रित गर्दै। यदि चाहियो भने, पल्स कम्प्रेसन प्रविधिहरूले पल्स अवधिलाई थप संक्षिप्त गर्न सक्छ, एटोसेकेन्ड दायरामा अल्ट्रा-छोटो पल्सहरू उत्पादन गर्दछ। स्पष्ट रूपमा, एटोसेकेन्ड लेजरहरूको उत्पादन एक परिष्कृत र बहुमुखी प्रक्रिया हो, उच्च स्तरको प्राविधिक क्षमता र विशेष उपकरणहरूको माग गर्दछ।

यस जटिल प्रक्रियालाई अस्पष्ट बनाउन, हामी दैनिक परिदृश्यहरूमा आधारित एक समानान्तर रूपक प्रस्ताव गर्दछौं:

उच्च तीव्रता फेमटोसेकेन्ड लेजर पल्स:

उच्च-तीव्रता फेमटोसेकेन्ड लेजर पल्सले खेलेको भूमिका जस्तै, विशाल गतिमा तुरुन्तै ढुङ्गाहरू हान्न सक्षम एक असाधारण शक्तिशाली क्याटापल्ट भएको कल्पना गर्नुहोस्।

ग्यासीय लक्ष्य सामग्री:

पानीको शान्त शरीरको चित्रण गर्नुहोस् जुन ग्यासीय लक्ष्य सामग्रीको प्रतीक हो, जहाँ पानीको प्रत्येक थोपाले असंख्य ग्यास परमाणुहरूलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ। पानीको यस शरीरमा ढुङ्गाहरू उत्प्रेरित गर्ने कार्यले समान रूपमा ग्यासीय लक्ष्य सामग्रीमा उच्च-तीव्रता फेमटोसेकेन्ड लेजर पल्सको प्रभावलाई प्रतिबिम्बित गर्दछ।

इलेक्ट्रोन गति र पुनर्संयोजन (शारीरिक रूपमा भनिएको संक्रमण):

जब फेमटोसेकेन्ड लेजर पल्सले ग्यास लक्ष्य सामग्री भित्र ग्यास परमाणुहरूलाई प्रभाव पार्छ, बाहिरी इलेक्ट्रोनहरूको एक महत्त्वपूर्ण संख्या क्षणिक रूपमा एक राज्यमा उत्तेजित हुन्छ जहाँ तिनीहरू तिनीहरूको सम्बन्धित परमाणु केन्द्रबाट अलग हुन्छन्, प्लाज्मा जस्तो अवस्था बनाउँछन्। प्रणालीको ऊर्जा पछि घट्दै जाँदा (लेजर पल्सहरू स्वाभाविक रूपमा स्पंदित भएकाले, समाप्तिको अन्तरालहरू देखाउँदै), यी बाहिरी इलेक्ट्रोनहरू उच्च-ऊर्जा फोटानहरू रिलिज गर्दै आणविक केन्द्रकको नजिकै फर्कन्छन्।

उच्च हार्मोनिक जेनेरेशन:

कल्पना गर्नुहोस् कि प्रत्येक पटक पानीको थोपा तालको सतहमा फर्किँदा, यसले तरंगहरू सिर्जना गर्दछ, जस्तै एटोसेकेन्ड लेजरहरूमा उच्च हार्मोनिक्स। यी लहरहरूमा प्राथमिक फेमटोसेकेन्ड लेजर पल्सले गर्दा हुने मूल लहरहरू भन्दा उच्च आवृत्ति र आयामहरू छन्। HHG प्रक्रियाको क्रममा, एक शक्तिशाली लेजर बीम, लगातार ढुङ्गाहरू फ्याँकिएको जस्तै, लेकको सतह जस्तै, ग्यास लक्ष्यलाई उज्यालो बनाउँछ। यो तीव्र लेजर फिल्डले ग्यासमा इलेक्ट्रोनहरूलाई तरंगहरूसँग मिल्दोजुल्दो, तिनीहरूको अभिभावक परमाणुहरूबाट टाढा राख्छ र त्यसपछि तिनीहरूलाई पछाडि तान्छ। प्रत्येक पटक एक इलेक्ट्रोन परमाणुमा फर्कन्छ, यसले उच्च आवृत्तिको साथ नयाँ लेजर बीम उत्सर्जन गर्दछ, अधिक जटिल लहर ढाँचाहरू जस्तै।

फिल्टरिङ र फोकसिङ:

यी सबै नयाँ उत्पन्न लेजर बीमहरू संयोजन गर्दा विभिन्न रङहरू (फ्रिक्वेन्सी वा तरंगदैर्ध्य) को स्पेक्ट्रम उत्पन्न हुन्छ, जसमध्ये केहीले एटोसेकेन्ड लेजर गठन गर्दछ। विशिष्ट तरंग आकार र फ्रिक्वेन्सीहरू अलग गर्न, तपाईंले एक विशेष फिल्टर प्रयोग गर्न सक्नुहुन्छ, वांछित लहरहरू चयन गर्न मिल्दोजुल्दो, र तिनीहरूलाई विशेष क्षेत्रमा केन्द्रित गर्न म्याग्निफाइङ्ग ग्लास प्रयोग गर्न सक्नुहुन्छ।

पल्स कम्प्रेसन (यदि आवश्यक हो):

यदि तपाइँ लहरहरू छिटो र छोटो प्रचार गर्ने लक्ष्य राख्नुहुन्छ भने, तपाइँ एक विशेष यन्त्र प्रयोग गरेर तिनीहरूको प्रसारलाई गति दिन सक्नुहुन्छ, प्रत्येक तरंग रहन्छ समय कम गर्दै। एटोसेकेन्ड लेजरहरूको पुस्ताले प्रक्रियाहरूको जटिल अन्तरक्रिया समावेश गर्दछ। यद्यपि, जब टुक्रा र दृश्यमा, यो अधिक बुझ्न योग्य हुन्छ।