अक्टोबर ३, २०२३ को साँझ एक महत्वपूर्ण घोषणामा, एटोसेकेन्ड लेजर प्रविधिको क्षेत्रमा अग्रणीको रूपमा निर्णायक भूमिका खेलेका तीन वैज्ञानिकहरूको उत्कृष्ट योगदानलाई मान्यता दिँदै २०२३ को भौतिकशास्त्रमा नोबेल पुरस्कारको अनावरण गरिएको थियो।

"एटोसेकेन्ड लेजर" शब्दको नाम यो अविश्वसनीय रूपमा छोटो समय स्केलबाट आएको हो जुन यसले सञ्चालन गर्दछ, विशेष गरी एटोसेकेन्डको क्रममा, १०^-१८ सेकेन्डसँग मिल्दोजुल्दो। यस प्रविधिको गहन महत्त्व बुझ्नको लागि, एटोसेकेन्डले के बुझाउँछ भन्ने आधारभूत बुझाइ सर्वोपरि छ। एटोसेकेन्ड समयको एक अत्यन्तै सानो एकाइको रूपमा खडा हुन्छ, जुन एक सेकेन्डको फराकिलो सन्दर्भमा एक सेकेन्डको एक अर्बौं भागको एक अर्बौं भाग हो। यसलाई परिप्रेक्ष्यमा राख्नको लागि, यदि हामीले एक सेकेन्डलाई अग्लो पहाडसँग तुलना गर्यौं भने, एक एटोसेकेन्ड पहाडको आधारमा रहेको बालुवाको एक कण जस्तै हुनेछ। यस क्षणिक अस्थायी अन्तरालमा, प्रकाशले पनि व्यक्तिगत परमाणुको आकार बराबरको दूरी मुश्किलले पार गर्न सक्छ। एटोसेकेन्ड लेजरहरूको प्रयोग मार्फत, वैज्ञानिकहरूले परमाणु संरचनाहरू भित्र इलेक्ट्रोनहरूको जटिल गतिशीलतालाई जाँच्न र हेरफेर गर्न अभूतपूर्व क्षमता प्राप्त गर्छन्, जुन सिनेमाई अनुक्रममा फ्रेम-बाइ-फ्रेम स्लो-मोशन रिप्ले जस्तै हो, जसले गर्दा तिनीहरूको अन्तरक्रियामा डुब्छ।

एटोसेकेन्ड लेजरहरूअल्ट्राफास्ट लेजरहरू बनाउन गैर-रेखीय अप्टिक्सका सिद्धान्तहरूलाई प्रयोग गर्ने वैज्ञानिकहरूको व्यापक अनुसन्धान र ठोस प्रयासहरूको चरम सीमालाई प्रतिनिधित्व गर्दछ। तिनीहरूको आगमनले हामीलाई ठोस पदार्थहरूमा परमाणु, अणुहरू र इलेक्ट्रोनहरू भित्र हुने गतिशील प्रक्रियाहरूको अवलोकन र अन्वेषणको लागि एक नवीन सुविधा बिन्दु प्रदान गरेको छ।

परम्परागत लेजरहरूको तुलनामा एटोसेकेन्ड लेजरहरूको प्रकृतिलाई स्पष्ट पार्न र तिनीहरूको अपरम्परागत विशेषताहरूको कदर गर्न, फराकिलो "लेजर परिवार" भित्र तिनीहरूको वर्गीकरण अन्वेषण गर्नु आवश्यक छ। तरंगदैर्ध्यद्वारा वर्गीकरणले एटोसेकेन्ड लेजरहरूलाई मुख्यतया पराबैंगनी देखि नरम एक्स-रे फ्रिक्वेन्सीहरूको दायरा भित्र राख्छ, जसले परम्परागत लेजरहरूको विपरीत तिनीहरूको उल्लेखनीय रूपमा छोटो तरंगदैर्ध्यलाई जनाउँछ। आउटपुट मोडहरूको सन्दर्भमा, एटोसेकेन्ड लेजरहरू स्पंदित लेजरहरूको श्रेणी अन्तर्गत पर्दछन्, जुन तिनीहरूको अत्यन्तै छोटो पल्स अवधिहरू द्वारा विशेषता हो। स्पष्टताको लागि एक समानता कोर्न, कसैले निरन्तर-तरंग लेजरहरूलाई प्रकाशको निरन्तर किरण उत्सर्जन गर्ने टर्चलाइट जस्तै कल्पना गर्न सक्छ, जबकि स्पंदित लेजरहरू स्ट्रोब प्रकाश जस्तै देखिन्छन्, जुन प्रकाश र अन्धकारको अवधिहरू बीच द्रुत रूपमा परिवर्तन हुन्छ। संक्षेपमा, एटोसेकेन्ड लेजरहरूले प्रकाश र अन्धकार भित्र एक धड्कन व्यवहार प्रदर्शन गर्छन्, तैपनि दुई अवस्थाहरू बीचको तिनीहरूको संक्रमण आश्चर्यजनक आवृत्तिमा हुन्छ, एटोसेकेन्डको दायरामा पुग्छ।

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

अनुप्रयोग क्षेत्रहरूको सन्दर्भमा, लेजरहरूले औद्योगिक, चिकित्सा र वैज्ञानिक अनुप्रयोगहरू समेट्ने स्पेक्ट्रम फैलाउँछन्। एटोसेकेन्ड लेजरहरूले मुख्यतया वैज्ञानिक अनुसन्धानको दायरा भित्र आफ्नो स्थान फेला पार्छन्, विशेष गरी भौतिक विज्ञान र रसायन विज्ञानको क्षेत्र भित्र द्रुत रूपमा विकसित घटनाहरूको अन्वेषणमा, सूक्ष्म जगतको द्रुत गतिशील प्रक्रियाहरूमा झ्याल प्रदान गर्दै।

लेजर माध्यमद्वारा वर्गीकरणले लेजरहरूलाई ग्यास लेजर, ठोस-अवस्था लेजर, तरल लेजर, र अर्धचालक लेजरको रूपमा चित्रण गर्दछ। एटोसेकेन्ड लेजरहरूको उत्पादन सामान्यतया ग्यास लेजर मिडियामा निर्भर गर्दछ, उच्च-अर्डर हार्मोनिक्स उत्पन्न गर्न गैर-रेखीय अप्टिकल प्रभावहरूलाई पूँजीकृत गर्दै।

संक्षेपमा, एटोसेकेन्ड लेजरहरूले छोटो-पल्स लेजरहरूको एक अद्वितीय वर्ग गठन गर्दछ, जुन तिनीहरूको असाधारण छोटो पल्स अवधिहरू द्वारा प्रतिष्ठित हुन्छ, सामान्यतया एटोसेकेन्डमा मापन गरिन्छ। फलस्वरूप, तिनीहरू परमाणु, अणुहरू र ठोस पदार्थहरू भित्र इलेक्ट्रोनहरूको अल्ट्राफास्ट गतिशील प्रक्रियाहरू अवलोकन र नियन्त्रण गर्न अपरिहार्य उपकरणहरू बनेका छन्।

एटोसेकेन्ड लेजर जेनेरेसनको विस्तृत प्रक्रिया

एटोसेकेन्ड लेजर प्रविधि वैज्ञानिक नवप्रवर्तनको अग्रपंक्तिमा उभिएको छ, यसको उत्पादनको लागि रोचक र कठोर अवस्थाहरूको सेटको घमण्ड गर्दै। एटोसेकेन्ड लेजर उत्पादनको जटिलताहरूलाई स्पष्ट पार्न, हामी यसको अन्तर्निहित सिद्धान्तहरूको संक्षिप्त व्याख्याबाट सुरु गर्छौं, त्यसपछि दैनिक अनुभवहरूबाट व्युत्पन्न जीवन्त रूपकहरू प्रस्तुत गर्दछौं। सान्दर्भिक भौतिकशास्त्रको जटिलताहरूमा अनभिज्ञ पाठकहरूले निराश हुनुपर्दैन, किनकि आगामी रूपकहरूले एटोसेकेन्ड लेजरहरूको आधारभूत भौतिकीलाई पहुँचयोग्य बनाउने लक्ष्य राख्छन्।

एटोसेकेन्ड लेजरहरूको उत्पादन प्रक्रिया मुख्यतया हाई हार्मोनिक जेनेरेसन (HHG) भनेर चिनिने प्रविधिमा निर्भर गर्दछ। पहिलो, उच्च-तीव्रता फेम्टोसेकेन्ड (१०^-१५ सेकेन्ड) लेजर पल्सको बीम ग्यासीय लक्ष्य सामग्रीमा कडा रूपमा केन्द्रित हुन्छ। यो ध्यान दिन लायक छ कि एटोसेकेन्ड लेजरहरू जस्तै फेम्टोसेकेन्ड लेजरहरूले छोटो पल्स अवधि र उच्च शिखर शक्ति हुने विशेषताहरू साझा गर्छन्। तीव्र लेजर क्षेत्रको प्रभावमा, ग्यास परमाणुहरू भित्रका इलेक्ट्रोनहरू क्षणिक रूपमा तिनीहरूको परमाणु केन्द्रकबाट मुक्त हुन्छन्, क्षणिक रूपमा मुक्त इलेक्ट्रोनको अवस्थामा प्रवेश गर्छन्। लेजर क्षेत्रको प्रतिक्रियामा यी इलेक्ट्रोनहरू दोलन हुँदा, तिनीहरू अन्ततः तिनीहरूको अभिभावक परमाणु केन्द्रकमा फर्कन्छन् र पुन: संयोजन गर्छन्, नयाँ उच्च-ऊर्जा अवस्थाहरू सिर्जना गर्छन्।

यस प्रक्रियाको क्रममा, इलेक्ट्रोनहरू अत्यन्त उच्च गतिमा सर्छन्, र परमाणु केन्द्रकसँग पुनर्संयोजन गर्दा, तिनीहरूले उच्च हार्मोनिक उत्सर्जनको रूपमा अतिरिक्त ऊर्जा छोड्छन्, जुन उच्च-ऊर्जा फोटोनको रूपमा प्रकट हुन्छ।

यी नयाँ उत्पन्न उच्च-ऊर्जा फोटनहरूको फ्रिक्वेन्सीहरू मूल लेजर फ्रिक्वेन्सीको पूर्णांक गुणन हुन्, जसले उच्च-अर्डर हार्मोनिक्स भनिन्छ, जहाँ "हार्मोनिक्स" ले फ्रिक्वेन्सीहरूलाई जनाउँछ जुन मूल फ्रिक्वेन्सीको अभिन्न गुणन हुन्। एटोसेकेन्ड लेजरहरू प्राप्त गर्न, यी उच्च-अर्डर हार्मोनिक्सहरूलाई फिल्टर र फोकस गर्न आवश्यक हुन्छ, विशिष्ट हार्मोनिक्सहरू चयन गरेर र तिनीहरूलाई केन्द्र बिन्दुमा केन्द्रित गर्न। यदि चाहियो भने, पल्स कम्प्रेसन प्रविधिहरूले पल्स अवधिलाई थप संक्षिप्त गर्न सक्छन्, एटोसेकेन्ड दायरामा अल्ट्रा-छोटो पल्सहरू उत्पादन गर्छन्। स्पष्ट रूपमा, एटोसेकेन्ड लेजरहरूको उत्पादनले एक परिष्कृत र बहुआयामिक प्रक्रिया गठन गर्दछ, जसले उच्च डिग्री प्राविधिक कौशल र विशेष उपकरणहरूको माग गर्दछ।

यो जटिल प्रक्रियालाई रहस्यमय बनाउन, हामी दैनिक परिदृश्यहरूमा आधारित एक रूपकात्मक समानान्तर प्रस्तुत गर्दछौं:

उच्च-तीव्रता फेमटोसेकेन्ड लेजर पल्स:

उच्च-तीव्रता फेम्टोसेकेन्ड लेजर पल्सले खेल्ने भूमिका जस्तै, विशाल गतिमा तुरुन्तै ढुङ्गाहरू फ्याँक्न सक्ने असाधारण शक्तिशाली क्याटापल्ट भएको कल्पना गर्नुहोस्।

ग्यासयुक्त लक्ष्य सामग्री:

पानीको शान्त शरीरको कल्पना गर्नुहोस् जसले ग्यासीय लक्ष्य पदार्थको प्रतीक हो, जहाँ पानीको प्रत्येक थोपाले असंख्य ग्यास परमाणुहरूलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ। पानीको यस शरीरमा ढुङ्गाहरू धकेल्ने कार्यले ग्यासीय लक्ष्य पदार्थमा उच्च-तीव्रता फेमटोसेकेन्ड लेजर पल्सको प्रभावलाई समान रूपमा प्रतिबिम्बित गर्दछ।

इलेक्ट्रोन गति र पुनर्संयोजन (भौतिक रूपमा संक्रमण भनिन्छ):

जब फेमटोसेकेन्ड लेजर पल्सले ग्यासीय लक्ष्य सामग्री भित्र ग्यास परमाणुहरूलाई असर गर्छ, बाहिरी इलेक्ट्रोनहरूको एक महत्वपूर्ण संख्या क्षणिक रूपमा त्यस्तो अवस्थामा उत्तेजित हुन्छ जहाँ तिनीहरू आफ्नो सम्बन्धित परमाणु केन्द्रकबाट अलग हुन्छन्, प्लाज्मा जस्तो अवस्था बनाउँछन्। प्रणालीको ऊर्जा पछि घट्दै जाँदा (लेजर पल्सहरू स्वाभाविक रूपमा स्पंदित हुन्छन्, समाप्तिको अन्तरालहरू सहित), यी बाहिरी इलेक्ट्रोनहरू परमाणु केन्द्रकको वरपर फर्कन्छन्, उच्च-ऊर्जा फोटनहरू छोड्छन्।

उच्च हार्मोनिक उत्पादन:

कल्पना गर्नुहोस्, प्रत्येक पटक पानीको थोपा तालको सतहमा फर्कँदा, यसले तरंगहरू सिर्जना गर्दछ, जस्तै एटोसेकेन्ड लेजरहरूमा उच्च हार्मोनिक्स। यी तरंगहरूमा प्राथमिक फेमटोसेकेन्ड लेजर पल्सले गर्दा हुने मूल तरंगहरू भन्दा उच्च आवृत्ति र आयामहरू हुन्छन्। HHG प्रक्रियाको क्रममा, निरन्तर ढुङ्गाहरू फ्याँक्ने जस्तै शक्तिशाली लेजर बीमले तालको सतह जस्तै ग्यास लक्ष्यलाई उज्यालो पार्छ। यो तीव्र लेजर क्षेत्रले तरंगहरू जस्तै ग्यासमा इलेक्ट्रोनहरूलाई तिनीहरूको अभिभावक परमाणुहरूबाट टाढा लैजान्छ र त्यसपछि तिनीहरूलाई फिर्ता तान्छ। प्रत्येक पटक इलेक्ट्रोन परमाणुमा फर्कँदा, यसले उच्च आवृत्तिको साथ नयाँ लेजर बीम उत्सर्जन गर्दछ, जुन अधिक जटिल तरंग ढाँचाहरू जस्तै हो।

फिल्टरिङ र फोकसिङ:

यी सबै नयाँ उत्पन्न लेजर बीमहरू संयोजन गर्दा विभिन्न रङहरू (फ्रिक्वेन्सी वा तरंगदैर्ध्य) को स्पेक्ट्रम प्राप्त हुन्छ, जसमध्ये केहीले एटोसेकेन्ड लेजर बनाउँछन्। विशिष्ट तरंग आकार र फ्रिक्वेन्सीहरूलाई अलग गर्न, तपाईंले इच्छित तरंगहरू चयन गर्नु जस्तै एक विशेष फिल्टर प्रयोग गर्न सक्नुहुन्छ, र तिनीहरूलाई एक विशिष्ट क्षेत्रमा केन्द्रित गर्न म्याग्निफाइङ्ग ग्लास प्रयोग गर्न सक्नुहुन्छ।

पल्स कम्प्रेसन (यदि आवश्यक भएमा):

यदि तपाईंले लहरहरूलाई छिटो र छोटो प्रसार गर्ने लक्ष्य राख्नुभएको छ भने, तपाईंले विशेष उपकरण प्रयोग गरेर तिनीहरूको प्रसारलाई तीव्र बनाउन सक्नुहुन्छ, प्रत्येक लहरको समय घटाएर। एटोसेकेन्ड लेजरहरूको उत्पादनमा प्रक्रियाहरूको जटिल अन्तरक्रिया समावेश हुन्छ। यद्यपि, जब यसलाई तोडिन्छ र दृश्यात्मक रूपमा देखाइन्छ, यो अझ बुझ्न सकिने हुन्छ।