Բաժանորդագրվեք մեր սոցիալական ցանցերին՝ արագ հրապարակումներ կատարելու համար
2023 թվականի հոկտեմբերի 3-ի երեկոյան կարևորագույն հայտարարությամբ հայտարարվեց ֆիզիկայի 2023 թվականի Նոբելյան մրցանակի դափնեկիրը, որով ճանաչվեց երեք գիտնականների ակնառու ներդրումը, ովքեր կարևոր դեր են խաղացել որպես ատոսեկոնդային լազերային տեխնոլոգիայի ռահվիրաներ։
«Ատոսեկյանյան լազեր» տերմինն իր անվանումը ստացել է այն աներևակայելի կարճ ժամանակային մասշտաբից, որի վրա այն գործում է, մասնավորապես՝ ատոսեկյանների կարգով, որը համապատասխանում է 10^-18 վայրկյանի: Այս տեխնոլոգիայի խորը նշանակությունը հասկանալու համար չափազանց կարևոր է ատոսեկյանտի նշանակության հիմնարար ըմբռնումը: Ատոսեկյանտը ժամանակի չափազանց փոքր միավոր է, որը կազմում է վայրկյանի միլիարդերորդ մասը մեկ միլիարդերորդ մասի մեկ միլիարդերորդ մասի մեկ վայրկյանի ավելի լայն համատեքստում: Համեմատության համար, եթե մենք վայրկյանը համեմատենք բարձր լեռան հետ, ապա ատոսեկյանտը կնման լինի լեռան ստորոտում գտնվող ավազի մեկ հատիկի: Այս անցողիկ ժամանակային ժամանակահատվածում նույնիսկ լույսը հազիվ կարող է անցնել մեկ ատոմի չափին համարժեք հեռավորություն: Ատոսեկյանյան լազերների օգտագործման միջոցով գիտնականները ձեռք են բերում աննախադեպ հնարավորություն՝ ուսումնասիրելու և մանիպուլացնելու ատոմային կառուցվածքների ներսում էլեկտրոնների բարդ դինամիկան, նման կինեմատոգրաֆիկ հաջորդականության կադր առ կադր դանդաղեցված վերարտադրության, այդպիսով խորանալով դրանց փոխազդեցության մեջ:
Ատոսեկյունային լազերներներկայացնում են գիտնականների լայնածավալ հետազոտությունների և համակարգված ջանքերի գագաթնակետը, ովքեր օգտագործել են ոչ գծային օպտիկայի սկզբունքները՝ գերարագ լազերներ ստեղծելու համար: Դրանց գալուստը մեզ նորարարական դիտակետ է տվել պինդ նյութերում ատոմների, մոլեկուլների և նույնիսկ էլեկտրոնների ներսում տեղի ունեցող դինամիկ գործընթացների դիտարկման և ուսումնասիրման համար:
Ատոսեկոնդային լազերների բնույթը պարզաբանելու և դրանց ոչ ավանդական հատկանիշները ավանդական լազերների համեմատ գնահատելու համար անհրաժեշտ է ուսումնասիրել դրանց դասակարգումը ավելի լայն «լազերային ընտանիքի» շրջանակներում: Ալիքի երկարությամբ դասակարգումը ատոսեկոնդային լազերները հիմնականում դասում է ուլտրամանուշակագույնից մինչև մեղմ ռենտգենյան հաճախականությունների միջակայքում, ինչը նշանակում է դրանց զգալիորեն ավելի կարճ ալիքի երկարությունները՝ ի տարբերություն ավանդական լազերների: Ելքային ռեժիմների առումով, ատոսեկոնդային լազերները դասվում են իմպուլսային լազերների կատեգորիայի մեջ, որոնք բնութագրվում են իրենց չափազանց կարճ իմպուլսային տևողությամբ: Պարզության համար համեմատություն անցկացնելու համար կարելի է պատկերացնել անընդհատ ալիքային լազերները որպես լույսի անընդհատ փունջ արձակող լապտերի, մինչդեռ իմպուլսային լազերները նման են ստրոբոսկոպային լույսի, որը արագորեն փոխվում է լուսավորման և մթության ժամանակահատվածների միջև: Ըստ էության, ատոսեկոնդային լազերները լուսավորման և մթության մեջ ցուցաբերում են իմպուլսային վարքագիծ, սակայն դրանց անցումը երկու վիճակների միջև տեղի է ունենում զարմանալի հաճախականությամբ՝ հասնելով ատոսեկոնդների ոլորտին:
Հզորության հետագա դասակարգումը լազերները բաժանում է ցածր, միջին և բարձր հզորության խմբերի: Ատոսայրկյանային լազերները հասնում են բարձր գագաթնակետային հզորության իրենց չափազանց կարճ իմպուլսային տևողության շնորհիվ, ինչը հանգեցնում է արտահայտված գագաթնակետային հզորության (P)՝ սահմանվում է որպես էներգիայի ինտենսիվություն ժամանակի միավորում (P=W/t): Չնայած առանձին ատոսայրկյանային լազերային իմպուլսները կարող են չունենալ բացառիկ մեծ էներգիա (W), դրանց կրճատված ժամանակային երկարությունը (t) դրանց հաղորդում է բարձր գագաթնակետային հզորություն:
Կիրառման ոլորտների առումով, լազերները ընդգրկում են արդյունաբերական, բժշկական և գիտական կիրառություններ։ Ատոսեկյունային լազերները հիմնականում իրենց տեղը գտնում են գիտական հետազոտությունների ոլորտում, մասնավորապես՝ ֆիզիկայի և քիմիայի ոլորտներում արագ զարգացող երևույթների ուսումնասիրության մեջ, ինչը հնարավորություն է տալիս տեսնել միկրոկոսմիկ աշխարհի արագ դինամիկ գործընթացները։
Լազերային միջավայրի դասակարգումը լազերները տարբերակում է որպես գազային լազերներ, պինդ վիճակում գտնվող լազերներ, հեղուկ լազերներ և կիսահաղորդչային լազերներ: Ատոսեկյունային լազերների ստեղծումը սովորաբար հիմնված է գազային լազերային միջավայրի վրա՝ օգտագործելով ոչ գծային օպտիկական էֆեկտները՝ բարձր կարգի հարմոնիկներ ստեղծելու համար:
Ամփոփելով՝ ատոտոսկոպիկ լազերները կազմում են կարճ իմպուլսային լազերների եզակի դաս, որոնք առանձնանում են իրենց աներևակայելի կարճ իմպուլսային տևողությամբ, որը սովորաբար չափվում է ատոտոսկոպիկներով: Արդյունքում, դրանք դարձել են անփոխարինելի գործիքներ ատոմների, մոլեկուլների և պինդ նյութերի ներսում էլեկտրոնների գերարագ դինամիկ պրոցեսները դիտարկելու և վերահսկելու համար:
Ատոսեկոնդային լազերի ստեղծման բարդ գործընթացը
Ատոսեկոնդային լազերային տեխնոլոգիան կանգնած է գիտական նորարարությունների առաջնագծում՝ պարծենալով դրա ստեղծման համար անհրաժեշտ խիստ պայմանների մի ամբողջությամբ։ Ատոսեկոնդային լազերի ստեղծման բարդությունները պարզաբանելու համար մենք սկսում ենք դրա հիմքում ընկած սկզբունքների համառոտ բացատրությամբ, որին հաջորդում են առօրյա փորձից բխող վառ փոխաբերությունները։ Համապատասխան ֆիզիկայի բարդություններին չծանոթ ընթերցողները չպետք է հուսահատվեն, քանի որ հաջորդող փոխաբերությունները նպատակ ունեն մատչելի դարձնել ատոսեկոնդային լազերների հիմնարար ֆիզիկան։
Ատոսիկյան լազերների ստեղծման գործընթացը հիմնականում հիմնված է բարձր հարմոնիկ գեներացիայի (HHG) տեխնիկայի վրա: Նախ, բարձր ինտենսիվության ֆեմտովայրկյանային (10^-15 վայրկյան) լազերային իմպուլսների փունջը խստորեն կենտրոնանում է գազային թիրախային նյութի վրա: Հարկ է նշել, որ ֆեմտովայրկյանային լազերները, նման ատոսիկյան լազերներին, ունեն կարճ իմպուլսային տևողություն և բարձր գագաթնակետային հզորություն: Ինտենսիվ լազերային դաշտի ազդեցության տակ գազի ատոմների մեջ գտնվող էլեկտրոնները ակնթարթորեն ազատվում են իրենց ատոմային միջուկներից՝ ժամանակավորապես մտնելով ազատ էլեկտրոնների վիճակի: Երբ այս էլեկտրոնները տատանվում են լազերային դաշտի ազդեցության տակ, դրանք ի վերջո վերադառնում և վերամիավորվում են իրենց ծնող ատոմային միջուկների հետ՝ ստեղծելով նոր բարձր էներգիայի վիճակներ:
Այս գործընթացի ընթացքում էլեկտրոնները շարժվում են չափազանց բարձր արագություններով, և ատոմային միջուկների հետ վերամիավորվելիս դրանք արտանետում են լրացուցիչ էներգիա բարձր հարմոնիկ ճառագայթումների տեսքով, որոնք դրսևորվում են որպես բարձր էներգիայի ֆոտոններ։
Այս նոր ստեղծված բարձր էներգիայի ֆոտոնների հաճախականությունները սկզբնական լազերի հաճախականության ամբողջ թվերի բազմապատիկներն են՝ ձևավորելով այսպես կոչված բարձր կարգի հարմոնիկներ, որտեղ «հարմոնիկներ» նշանակում է հաճախականություններ, որոնք սկզբնական հաճախականության ամբողջական բազմապատիկներն են: Ատոսեկյանային լազերներ ստանալու համար անհրաժեշտ է դառնում զտել և կենտրոնացնել այս բարձր կարգի հարմոնիկները՝ ընտրելով որոշակի հարմոնիկներ և կենտրոնացնելով դրանք կիզակետային կետում: Ցանկության դեպքում, իմպուլսների սեղմման տեխնիկան կարող է հետագայում կրճատել իմպուլսի տևողությունը՝ առաջացնելով գերկարճ իմպուլսներ ատոսեկյանային միջակայքում: Ակնհայտ է, որ ատոսեկյանային լազերների ստեղծումը բարդ և բազմակողմանի գործընթաց է, որը պահանջում է բարձր մակարդակի տեխնիկական հմտություն և մասնագիտացված սարքավորումներ:
Այս բարդ գործընթացը պարզաբանելու համար մենք առաջարկում ենք փոխաբերական զուգահեռ, որը հիմնված է առօրյա իրավիճակների վրա.
Բարձր ինտենսիվության ֆեմտովայրկյանային լազերային իմպուլսներ՝
Պատկերացրեք, որ ունեք բացառիկ հզոր կատապուլտ, որը կարող է ակնթարթորեն քարեր նետել հսկայական արագությամբ, նման այն դերին, որը խաղում են բարձր ինտենսիվության ֆեմտովայրկյանային լազերային իմպուլսները։
Գազային թիրախային նյութ՝
Պատկերացրեք խաղաղ ջրային զանգված, որը խորհրդանշում է գազային թիրախային նյութը, որտեղ ջրի յուրաքանչյուր կաթիլը ներկայացնում է բազմաթիվ գազային ատոմներ: Այս ջրային զանգվածի մեջ քարեր նետելու գործողությունը անալոգիկորեն արտացոլում է բարձր ինտենսիվության ֆեմտովայրկյանային լազերային իմպուլսների ազդեցությունը գազային թիրախային նյութի վրա:
Էլեկտրոնի շարժում և վերակոմբինացիա (ֆիզիկապես անվանում են անցում).
Երբ ֆեմտովայրկյանային լազերային իմպուլսները հարվածում են գազային թիրախային նյութի ներսում գտնվող գազի ատոմներին, արտաքին էլեկտրոնների զգալի քանակություն ակնթարթորեն գրգռվում է մինչև այնպիսի վիճակ, որտեղ դրանք անջատվում են իրենց համապատասխան ատոմային միջուկներից՝ ձևավորելով պլազմանման վիճակ: Համակարգի էներգիայի հետագա նվազմանը զուգընթաց (քանի որ լազերային իմպուլսները բնույթով իմպուլսավոր են՝ դադարների ընդմիջումներով), այս արտաքին էլեկտրոնները վերադառնում են ատոմային միջուկների իրենց մոտակայքում՝ արձակելով բարձր էներգիայի ֆոտոններ:
Բարձր հարմոնիկ գեներացիա.
Պատկերացրեք, որ ամեն անգամ, երբ ջրի կաթիլը վերադառնում է լճի մակերես, այն ստեղծում է ալիքներ, ինչպես ատոսեկյանային լազերների բարձր հարմոնիկները: Այս ալիքներն ունեն ավելի բարձր հաճախականություններ և ամպլիտուդներ, քան ֆեմտովայրկյանային լազերային առաջնային իմպուլսի կողմից առաջացած սկզբնական ալիքները: HHG գործընթացի ընթացքում հզոր լազերային ճառագայթը, որը նման է անընդհատ քարեր նետելուն, լուսավորում է լճի մակերեսին նմանվող գազային թիրախը: Այս ինտենսիվ լազերային դաշտը գազի մեջ գտնվող էլեկտրոնները, որոնք նման են ալիքներին, հեռացնում է իրենց մայր ատոմներից, ապա հետ է քաշում դրանք: Ամեն անգամ, երբ էլեկտրոնը վերադառնում է ատոմ, այն արձակում է ավելի բարձր հաճախականությամբ նոր լազերային ճառագայթ, որը նման է ավելի բարդ ալիքային նախշերի:
Ֆիլտրում և կենտրոնացում.
Այս բոլոր նոր ստեղծված լազերային ճառագայթների համադրումը տալիս է տարբեր գույների (հաճախականությունների կամ ալիքի երկարությունների) սպեկտր, որոնցից մի քանիսը կազմում են ատտոսեկյան լազերը: Հատուկ ալիքային չափսեր և հաճախականություններ մեկուսացնելու համար կարող եք օգտագործել մասնագիտացված ֆիլտր, որը նման է ցանկալի ալիքները ընտրելուն, և խոշորացույց օգտագործել՝ դրանք որոշակի տարածքի վրա կենտրոնացնելու համար:
Իմպուլսային սեղմում (անհրաժեշտության դեպքում):
Եթե դուք նպատակ ունեք ալիքները տարածել ավելի արագ և կարճ, կարող եք արագացնել դրանց տարածումը՝ օգտագործելով մասնագիտացված սարք, որը կրճատում է յուրաքանչյուր ալիքի տևողության ժամանակը: Ատոսեկյանային լազերների ստեղծումը ներառում է գործընթացների բարդ փոխազդեցություն: Այնուամենայնիվ, երբ այն բաժանվում և պատկերացվում է, այն դառնում է ավելի հասկանալի:
Պատկերի աղբյուր՝ Նոբելյան մրցանակի պաշտոնական կայք։
Պատկերի աղբյուր՝ Վիքիպեդիա
Պատկերի աղբյուր՝ Նոբելյան մրցանակի կոմիտեի պաշտոնական կայք
Հեղինակային իրավունքի հետ կապված մտահոգությունների վերաբերյալ հրաժարում.
This article has been republished on our website with the understanding that it can be removed upon request if any copyright infringement issues arise. If you are the copyright owner of this content and wish to have it removed, please contact us at sales@lumispot.cn. We are committed to respecting intellectual property rights and will promptly address any valid concerns.
Հոդվածի բնօրինակ աղբյուր՝ LaserFair 激光制造网
Հրապարակման ժամանակը. Հոկտեմբեր-07-2023