2023 թվականի հոկտեմբերի 3-ի երեկոյան կարևոր հայտարարության մեջ 2023 թվականի ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակի բացումը տեղի ունեցավ՝ ճանաչելով երեք գիտնականների ակնառու ներդրումը, ովքեր առանցքային դերեր են կատարել որպես ռահվիրաներ ատտվայրկյանական լազերային տեխնոլոգիայի ոլորտում:

«Ատտվայրկյան լազեր» տերմինն իր անվանումն ստացել է այն անհավանական կարճ ժամանակացույցից, որով գործում է, մասնավորապես ատտվայրկյանների կարգով, որը համապատասխանում է 10^-18 վայրկյանին: Այս տեխնոլոգիայի խորը նշանակությունը հասկանալու համար առաջնային է ատտվայրկյան նշանակման հիմնարար ըմբռնումը: Ատտովայրկյանը հանդես է գալիս որպես ժամանակի չափազանց րոպեական միավոր, որը կազմում է վայրկյանի միլիարդերորդական մասը մեկ վայրկյանի ավելի լայն համատեքստում: Որպեսզի սա պատկերացնենք, եթե մենք մեկ վայրկյանը նմանեցնենք բարձր լեռան հետ, ապա ատտվայրկյանը նման կլինի ավազի մեկ հատիկի, որը գտնվում է լեռան հիմքում: Այս անցողիկ ժամանակային միջակայքում նույնիսկ լույսը հազիվ է կարողանում անցնել առանձին ատոմի չափին համարժեք հեռավորություն: Ատտվայրկյան լազերների կիրառման միջոցով գիտնականները ձեռք են բերում աննախադեպ կարողություն՝ մանրակրկիտ ուսումնասիրելու և կառավարելու ատոմային կառուցվածքներում էլեկտրոնների բարդ դինամիկան, որը նման է կինեմատոգրաֆիկ հաջորդականության մեջ կադր առ կադր դանդաղ շարժման կրկնության՝ դրանով իսկ խորանալով դրանց փոխազդեցության մեջ:

Attosecond լազերներներկայացնում են գիտնականների լայնածավալ հետազոտությունների և համաձայնեցված ջանքերի գագաթնակետը, ովքեր օգտագործել են ոչ գծային օպտիկայի սկզբունքները՝ գերարագ լազերներ ստեղծելու համար: Նրանց գալուստը մեզ նորարարական առավելություն է տվել ատոմների, մոլեկուլների և նույնիսկ պինդ նյութերի էլեկտրոնների ներսում թափանցող դինամիկ գործընթացների դիտարկման և հետազոտման համար:

Ատտվայրկյանական լազերների բնույթը պարզաբանելու և սովորական լազերների համեմատ դրանց ոչ սովորական հատկանիշները գնահատելու համար անհրաժեշտ է ուսումնասիրել դրանց դասակարգումը ավելի լայն «լազերային ընտանիքում»: Դասակարգումն ըստ ալիքի երկարության ատտվայրկյանական լազերների՝ հիմնականում ուլտրամանուշակագույնից մինչև փափուկ ռենտգենյան հաճախականությունների միջակայքում, ինչը նշանակում է դրանց զգալիորեն ավելի կարճ ալիքի երկարությունները՝ ի տարբերություն սովորական լազերների: Ինչ վերաբերում է ելքային ռեժիմներին, ատտվայրկյանական լազերները պատկանում են իմպուլսային լազերների կատեգորիային, որոնք բնութագրվում են իմպուլսի չափազանց կարճ տևողությամբ: Պարզության համար անալոգիա անելու համար կարելի է պատկերացնել շարունակական ալիքային լազերները, որոնք նման են լապտերի, որոնք արձակում են լույսի շարունակական ճառագայթ, մինչդեռ իմպուլսային լազերները նման են ստրոբային լույսի, որոնք արագորեն փոփոխվում են լուսավորության և խավարի ժամանակաշրջանների միջև: Ըստ էության, ատտովկյանային լազերները դրսևորում են պուլսացիոն վարքագիծ լուսավորության և մթության մեջ, սակայն նրանց անցումը երկու վիճակների միջև տեղի է ունենում զարմանալի հաճախականությամբ՝ հասնելով ատտովկյանների տիրույթին:

Հետագա դասակարգումն ըստ հզորության լազերներին դնում է ցածր էներգիայի, միջին և բարձր հզորության փակագծերի: Attosecond լազերները հասնում են բարձր գագաթնակետային հզորության՝ շնորհիվ իրենց չափազանց կարճ իմպուլսների տևողության, ինչը հանգեցնում է ընդգծված գագաթնակետային հզորության (P) – սահմանվում է որպես էներգիայի ինտենսիվություն մեկ միավոր ժամանակում (P=W/t): Չնայած առանձին ատտվայրկյան լազերային իմպուլսները կարող են չունենալ բացառիկ մեծ էներգիա (W), դրանց կրճատված ժամանակային տարածությունը (t) հաղորդում է նրանց բարձր գագաթնակետային հզորությամբ:

Կիրառական տիրույթների առումով լազերներն ընդգրկում են արդյունաբերական, բժշկական և գիտական ​​կիրառություններ ընդգրկող սպեկտր: Attosecond լազերները հիմնականում գտնում են իրենց տեղը գիտական ​​հետազոտությունների տիրույթում, մասնավորապես ֆիզիկայի և քիմիայի տիրույթներում արագ զարգացող երևույթների ուսումնասիրության մեջ, որոնք պատուհան են առաջարկում դեպի միկրոտիեզերական աշխարհի արագ դինամիկ գործընթացները:

Լազերային միջավայրի դասակարգումը լազերներին առանձնացնում է որպես գազի լազերներ, պինդ վիճակի լազերներ, հեղուկ լազերներ և կիսահաղորդչային լազերներ: Ատտվայրկյանական լազերների առաջացումը սովորաբար կախված է գազային լազերային միջավայրից՝ կապիտալիզացնելով ոչ գծային օպտիկական էֆեկտները՝ բարձր կարգի ներդաշնակություն առաջացնելու համար:

Ամփոփելով, ատտովայրկյան լազերները կազմում են կարճ իմպուլսային լազերների եզակի դաս, որն առանձնանում է իմպուլսի անսովոր կարճ տևողությամբ, որը սովորաբար չափվում է ատտվայրկյաններով: Արդյունքում, դրանք դարձել են անփոխարինելի գործիքներ ատոմների, մոլեկուլների և պինդ նյութերի ներսում էլեկտրոնների գերարագ դինամիկ գործընթացները դիտարկելու և վերահսկելու համար։

Attosecond լազերային սերնդի մշակված գործընթացը

Attosecond լազերային տեխնոլոգիան կանգնած է գիտական ​​նորարարության առաջնագծում` պարծենալով իր ստեղծման համար ինտրիգային կերպով խիստ պայմաններով: Ատտովայրկյան լազերային սերնդի բարդությունները պարզաբանելու համար մենք սկսում ենք դրա հիմքում ընկած սկզբունքների հակիրճ ներկայացմամբ, որին հաջորդում են առօրյա փորձառություններից բխող վառ փոխաբերությունները: Ընթերցողները, ովքեր ծանոթ չեն համապատասխան ֆիզիկայի բարդություններին, չպետք է հուսահատվեն, քանի որ հաջորդող փոխաբերությունները նպատակ ունեն հասանելի դարձնել ատտվայրկյանական լազերների հիմնարար ֆիզիկան:

Ատտովայրկյան լազերների ստեղծման գործընթացը հիմնականում հիմնված է տեխնիկայի վրա, որը հայտնի է որպես Բարձր ներդաշնակ սերունդ (HHG): Նախ, բարձր ինտենսիվության ֆեմտովայրկյան (10^-15 վայրկյան) լազերային իմպուլսների ճառագայթը սերտորեն կենտրոնացած է գազային թիրախային նյութի վրա: Հարկ է նշել, որ ֆեմտովայրկյանային լազերները, որոնք նման են ատտվայրկյանական լազերներին, կիսում են իմպուլսի կարճ տևողությունների և բարձր գագաթնակետային հզորության բնութագրերը: Լազերային ինտենսիվ դաշտի ազդեցությամբ գազի ատոմների ներսում գտնվող էլեկտրոնները մի պահ ազատվում են իրենց ատոմային միջուկներից՝ անցողիկորեն մտնելով ազատ էլեկտրոնների վիճակ։ Երբ այս էլեկտրոնները տատանվում են ի պատասխան լազերային դաշտի, նրանք, ի վերջո, վերադառնում և վերամիավորվում են իրենց մայր ատոմային միջուկների հետ՝ ստեղծելով նոր բարձր էներգիայի վիճակներ։

Այս գործընթացի ընթացքում էլեկտրոնները շարժվում են չափազանց բարձր արագություններով, և ատոմային միջուկների հետ վերահամակցվելուց հետո նրանք լրացուցիչ էներգիա են թողնում բարձր ներդաշնակ արտանետումների տեսքով, որոնք դրսևորվում են որպես բարձր էներգիայի ֆոտոններ։

Այս նոր առաջացած բարձր էներգիայի ֆոտոնների հաճախականությունները սկզբնական լազերային հաճախականության ամբողջ բազմապատիկն են՝ ձևավորելով այն, ինչ կոչվում է բարձր կարգի ներդաշնակություն, որտեղ «հարմոնիկները» նշանակում են հաճախականություններ, որոնք սկզբնական հաճախականության անբաժանելի բազմապատիկներն են: Ատտվայրկյանական լազերներ ձեռք բերելու համար անհրաժեշտ է դառնում զտել և կենտրոնացնել այս բարձր կարգի ներդաշնակությունները՝ ընտրելով հատուկ ներդաշնակություն և կենտրոնացնելով դրանք կիզակետում: Ցանկության դեպքում զարկերակային սեղմման տեխնիկան կարող է հետագայում կրճատել իմպուլսի տևողությունը՝ տալով ծայրահեղ կարճ իմպուլսներ ատտվայրկյան տիրույթում: Ակնհայտ է, որ ատտովայրկյան լազերների արտադրությունը բարդ և բազմակողմանի գործընթաց է, որը պահանջում է բարձր մակարդակի տեխնիկական հմտություն և մասնագիտացված սարքավորումներ:

Այս խճճված գործընթացը ապամիշտացնելու համար մենք առաջարկում ենք փոխաբերական զուգահեռ՝ հիմնված առօրյա սցենարների վրա.

Բարձր ինտենսիվության ֆեմտովայրկյան լազերային իմպուլսներ.

Պատկերացրե՛ք ունենալ բացառիկ հզոր կատապուլտ, որը կարող է ակնթարթորեն քարեր նետել հսկայական արագությամբ, ինչը նման է բարձր ինտենսիվության ֆեմտովայրկյանական լազերային իմպուլսների դերին:

Գազային թիրախային նյութ.

Պատկերացրեք խաղաղ ջրային մարմին, որը խորհրդանշում է գազային թիրախ նյութը, որտեղ ջրի յուրաքանչյուր կաթիլը ներկայացնում է գազի անհամար ատոմներ: Այս ջրային մարմին քարերը մղելու գործողությունը նմանապես արտացոլում է բարձր ինտենսիվության ֆեմտովայրկյանական լազերային իմպուլսների ազդեցությունը գազային թիրախային նյութի վրա:

Էլեկտրոնների շարժում և վերահամակցում (ֆիզիկապես նշանակված անցում).

Երբ ֆեմտովայրկյան լազերային իմպուլսները ազդում են գազային թիրախային նյութի ներսում գտնվող գազի ատոմների վրա, արտաքին էլեկտրոնների զգալի քանակությունը մի պահ հուզվում է մի վիճակի, որտեղ նրանք անջատվում են իրենց համապատասխան ատոմային միջուկներից՝ ձևավորելով պլազմայի նման վիճակ: Քանի որ համակարգի էներգիան հետագայում նվազում է (քանի որ լազերային իմպուլսներն ի սկզբանե իմպուլսային են՝ ընդհատման ընդմիջումներով), այս արտաքին էլեկտրոնները վերադառնում են ատոմային միջուկների իրենց մոտակայքում՝ ազատելով բարձր էներգիայի ֆոտոններ:

Բարձր ներդաշնակ սերունդ.

Պատկերացրեք, որ ամեն անգամ, երբ ջրի կաթիլը հետ է ընկնում լճի մակերևույթ, այն առաջացնում է ալիքներ, որոնք նման են բարձր ներդաշնակությանը ատտվայրկյանական լազերներում: Այս ալիքներն ունեն ավելի բարձր հաճախականություններ և ամպլիտուդներ, քան սկզբնական ալիքները, որոնք առաջացել են առաջնային ֆեմտովայրկյան լազերային իմպուլսի հետևանքով: HHG գործընթացի ընթացքում հզոր լազերային ճառագայթը, որը նման է անընդհատ քարերի նետմանը, լուսավորում է գազային թիրախը, որը նման է լճի մակերեսին: Այս ինտենսիվ լազերային դաշտը մղում է էլեկտրոնները գազի մեջ, ալիքների նման, հեռացնում է իրենց մայր ատոմներից և հետո հետ է քաշում դրանք: Ամեն անգամ, երբ էլեկտրոնը վերադառնում է ատոմ, այն ավելի բարձր հաճախականությամբ նոր լազերային ճառագայթ է արձակում, որը նման է ավելի բարդ ալիքային օրինաչափություններին:

Զտում և կենտրոնացում.

Այս բոլոր նոր առաջացած լազերային ճառագայթների համադրումը տալիս է տարբեր գույների սպեկտր (հաճախականություններ կամ ալիքի երկարություններ), որոնցից մի քանիսը կազմում են ատտվայրկյան լազերը: Հատուկ ալիքների չափսերն ու հաճախականությունները մեկուսացնելու համար դուք կարող եք օգտագործել մասնագիտացված զտիչ, որը նման է ցանկալի ալիքների ընտրությանը և օգտագործել խոշորացույց՝ դրանք որոշակի տարածքի վրա կենտրոնացնելու համար:

Զարկերակային սեղմում (անհրաժեշտության դեպքում).

Եթե ​​դուք նպատակ ունեք ալիքներն ավելի արագ և կարճ տարածելու համար, կարող եք արագացնել դրանց տարածումը հատուկ սարքի միջոցով՝ նվազեցնելով յուրաքանչյուր ալիքի տևողության ժամանակը: Ատտովայրկյան լազերների առաջացումը ներառում է գործընթացների բարդ փոխազդեցություն: Այնուամենայնիվ, երբ բաժանվում և պատկերացվում է, այն ավելի հասկանալի է դառնում: