እ.ኤ.አ. ጥቅምት 3 ቀን 2023 ምሽት ላይ በወጣው አስገራሚ ማስታወቂያ የ2023 የፊዚክስ የኖቤል ሽልማት ይፋ ሆነ፣ ይህም በአቶ ሴኮንድ ሌዘር ቴክኖሎጂ መስክ ፈር ቀዳጅ በመሆን ከፍተኛ ሚና የተጫወቱት ሶስት ሳይንቲስቶች የላቀ አስተዋፅዖ አድርገዋል።

"attosecond laser" የሚለው ቃል ስሙን ያገኘው በሚሠራበት በሚያስደንቅ ሁኔታ አጭር ጊዜ ነው, በተለይም በ attosecond ቅደም ተከተል, ከ10^-18 ሰከንድ ጋር ይዛመዳል. የዚህን ቴክኖሎጂ ጥልቅ ጠቀሜታ ለመረዳት Attosecond የሚያመለክተውን መሠረታዊ ግንዛቤ በጣም አስፈላጊ ነው. Attosecond እንደ እጅግ በጣም ደቂቃ የጊዜ አሃድ ሆኖ ይቆማል፣ ይህም በሰከንድ አንድ ቢሊዮንኛ ቢሊየንኛ በሰከንድ ሰፊ አውድ ውስጥ ነው። ይህንን በማስተዋል አንድ ሰከንድ ከፍ ካለው ተራራ ጋር ብንመስለው፣ አንድ attosecond በተራራው መሠረት ላይ ከተቀመጠች አንዲት የአሸዋ ቅንጣት ጋር ይመሳሰላል። በዚህ አላፊ ጊዜያዊ ክፍተት ውስጥ፣ ብርሃን እንኳን ከአንድ ግለሰብ አቶም መጠን ጋር የሚመጣጠን ርቀት በጭንቅ ሊያልፍ ይችላል። በአቶ ሴኮንድ ሌዘር አጠቃቀም፣ ሳይንቲስቶች በአቶሚክ መዋቅሮች ውስጥ ያሉትን የኤሌክትሮኖች ውስብስብ ለውጦች የመመርመር እና የመቆጣጠር ችሎታ ከዚህ በፊት ታይቶ የማያውቅ ችሎታን ያገኛሉ፣ ይህም በፍሬም-በፍሬም ዘገምተኛ እንቅስቃሴን በሲኒማ ቅደም ተከተል በመድገም ፣በዚህም የእነሱን ጨዋታ በጥልቀት ይቃኛል።

Attosecond lasersየመስመር ላይ ያልሆኑ ኦፕቲክስ መርሆችን አልትራፋስት ሌዘር ለመሥራት የተጠቀሙ ሳይንቲስቶች ሰፊ ምርምር እና የተቀናጀ ጥረቶች መደምደሚያን ይወክላሉ። የእነርሱ መምጣት በአተሞች፣ ሞለኪውሎች እና በጠንካራ ቁሶች ውስጥ ያሉ ኤሌክትሮኖች ውስጥ የሚፈጠሩትን ተለዋዋጭ ሂደቶችን ለመመልከት እና ለመፈተሽ የሚያስችል አዲስ ቫንቴጅ አቅርቦልናል።

የ attosecond lasers ተፈጥሮን ለማብራራት እና ያልተለመዱ ባህሪያቶቻቸውን ከተለምዷዊ ሌዘር ጋር በማነፃፀር ለማድነቅ ሰፋ ያለ "የሌዘር ቤተሰብ" ውስጥ ያላቸውን ምድብ መመርመር አስፈላጊ ነው. በሞገድ ርዝመቱ መመደብ ከላሳዎች ወደ ሁለተኛ ሰከንድ በዋናነት ከአልትራቫዮሌት እስከ ለስላሳ የኤክስሬይ ድግግሞሾች ክልል ውስጥ ያስቀምጣቸዋል፣ ይህም ከተለመደው ሌዘር በተቃራኒ አጭር የሞገድ ርዝመታቸውን ያሳያል። ከውጤት ሁነታዎች አንጻር፣ attosecond lasers በጣም አጭር በሆነ የልብ ምት ቆይታቸው በሚታወቀው pulsed lasers ምድብ ስር ይወድቃሉ። ለግልጽነት ተመሳሳይነት ለመሳል አንድ ሰው ቀጣይነት ያለው ሞገድ ሌዘር ልክ እንደ የእጅ ባትሪ ቀጣይነት ያለው የብርሃን ጨረራ እንደሚያመነጭ መገመት ይችላል፣ የተላጠ ሌዘር ደግሞ ከስትሮብ ብርሃን ጋር ይመሳሰላል፣ በብርሃን እና በጨለማ ጊዜዎች መካከል በፍጥነት ይቀያየራል። በመሰረቱ ፣ attosecond lasers በብርሃን እና በጨለማ ውስጥ አስደናቂ ባህሪን ያሳያሉ ፣ነገር ግን በሁለቱ ግዛቶች መካከል የሚያደርጉት ሽግግር በሚያስደንቅ ድግግሞሽ ይከናወናል ፣እና ወደ አትቶሴኮንዶች ግዛት ይደርሳል።

በኃይል ተጨማሪ ምድብ ሌዘርን ወደ ዝቅተኛ ኃይል፣ መካከለኛ ኃይል እና ከፍተኛ ኃይል ቅንፎች ያስቀምጣል። Attosecond lasers እጅግ በጣም አጭር በሆነ የልብ ምት ቆይታቸው ምክንያት ከፍተኛ ከፍተኛ ኃይልን ያገኙ ሲሆን ይህም ከፍተኛ ኃይልን (P) ያስገኛል - በአንድ ክፍለ ጊዜ የኃይል መጠን (P=W/t) ይገለጻል። ምንም እንኳን የግለሰብ attosecond laser pulses ለየት ያለ ትልቅ ሃይል (W) ባይኖራቸውም ፣አህጽሮታቸው ጊዜያዊ መጠን (t) ከፍ ባለ ከፍተኛ ሃይል ይሰጣቸዋል።

ከመተግበሪያ ጎራዎች አንፃር፣ ሌዘር የኢንዱስትሪ፣ የህክምና እና ሳይንሳዊ አፕሊኬሽኖችን የሚያጠቃልለውን ስፔክትረም ይዘልቃል። Attosecond lasers በዋነኛነት ቦታቸውን የሚያገኙት በሳይንሳዊ ምርምር መስክ ውስጥ ነው፣ በተለይም በፍጥነት እየተሻሻሉ ያሉ ክስተቶችን በፊዚክስ እና በኬሚስትሪ ጎራዎች በመቃኘት ወደ ማይክሮ ኮስሚክ ዓለም ፈጣን ተለዋዋጭ ሂደቶች መስኮት ይሰጣል።

በሌዘር መካከለኛ መመደብ ሌዘርን እንደ ጋዝ ሌዘር፣ ድፍን-ግዛት ሌዘር፣ ፈሳሽ ሌዘር እና ሴሚኮንዳክተር ሌዘር ይለያል። የ attosecond lasers መፈጠር በተለይ በጋዝ ሌዘር ሚዲያ ላይ ይንጠለጠላል፣ ይህም በመስመር ላይ ባልሆኑ የኦፕቲካል ተጽእኖዎች ላይ ከፍተኛ ደረጃ ያለው ሃርሞኒክስ ይፈጥራል።

በማጠቃለያው፣ attosecond lasers ልዩ የሆነ የአጭር-pulse lasers ክፍልን ይመሰርታሉ፣ በልዩ ልዩ የአጭር ጊዜ የልብ ምት ቆይታቸው የሚለዩት፣ በተለይም በ attosecond። በውጤቱም፣ በአተሞች፣ ሞለኪውሎች እና ጠጣር ቁሶች ውስጥ ያሉትን የኤሌክትሮኖች እጅግ የላቀ ተለዋዋጭ ሂደቶችን ለመከታተል እና ለመቆጣጠር አስፈላጊ መሣሪያዎች ሆነዋል።

የ Attosecond Laser Generation የተራቀቀ ሂደት

የአቶ ሰከንድ ሌዘር ቴክኖሎጂ ለትውልዱ በሚያስደንቅ ሁኔታ ጥብቅ የሆኑ ሁኔታዎችን በመኩራራት በሳይንሳዊ ፈጠራ ግንባር ቀደም ነው። የአቶ ሴኮንድ ሌዘር ትውልድን ውስብስብነት ለማብራራት፣ ከእለት ተእለት ገጠመኞች የተወሰዱ ግልጽ ዘይቤዎችን በመከተል መሰረታዊ መርሆቹን በአጭሩ በማሳየት እንጀምራለን። የሚከተሉት ዘይቤዎች የአቶሴኮንድ ሌዘርን መሰረታዊ ፊዚክስ ተደራሽ ለማድረግ ስለሚፈልጉ ተዛማጅ የፊዚክስ ውስብስብ ነገሮችን ያልተማሩ አንባቢዎች ተስፋ መቁረጥ የለባቸውም።

የ attosecond lasers የማመንጨት ሂደት በዋናነት ሃይ ሃርሞኒክ ጀነሬሽን (HHG) ተብሎ በሚታወቀው ቴክኒክ ላይ የተመሰረተ ነው። በመጀመሪያ፣ ከፍተኛ-ኃይለኛ ፌምቶ ሰከንድ (10^-15 ሰከንድ) የሌዘር ምቶች በጋዝ ኢላማ ቁሳቁስ ላይ በጥብቅ ያተኩራል። ትኩረት የሚስብ ነው, femtosecond ሌዘር, attosecond ሌዘር ጋር የሚመሳሰል, አጭር ምት ቆይታ እና ከፍተኛ ጫፍ ኃይል ያለው ባሕርይ ማጋራት. በኃይለኛው የሌዘር መስክ ተጽእኖ በጋዝ አቶሞች ውስጥ ያሉ ኤሌክትሮኖች ከአቶሚክ ኒዩክሊዮቻቸው ለአፍታ ይለቀቃሉ፣ በጊዜያዊነትም ወደ ነፃ ኤሌክትሮኖች ይገቡታል። እነዚህ ኤሌክትሮኖች በሌዘር መስክ ላይ ሲወዛወዙ በመጨረሻ ወደ ወላጆቻቸው የአቶሚክ ኒውክሊየስ ይመለሳሉ እና አዲስ ከፍተኛ ኃይል ያላቸው ግዛቶችን ይፈጥራሉ።

በዚህ ሂደት ውስጥ ኤሌክትሮኖች በከፍተኛ ፍጥነት ይንቀሳቀሳሉ, እና ከአቶሚክ ኒውክሊየስ ጋር እንደገና ሲዋሃዱ, ከፍተኛ የሃርሞኒክ ልቀቶች በሚመስሉ ተጨማሪ ሃይሎች ይለቃሉ, ይህም ከፍተኛ ኃይል ያለው ፎቶኖች ናቸው.

የእነዚህ አዲስ የተፈጠሩት ከፍተኛ ኃይል ያላቸው ፎቶኖች ድግግሞሽ ኢንቲጀር ብዜቶች ኦሪጅናል ሌዘር ፍሪኩዌንሲ ናቸው፣ ከፍተኛ ደረጃ ሃርሞኒክስ ተብሎ የሚጠራ ሲሆን “ሃርሞኒክ” የዋናው ድግግሞሽ ዋና ብዜቶች ድግግሞሾችን የሚያመለክት ነው። Attosecond lasersን ለማግኘት እነዚህን ከፍተኛ ደረጃ ያላቸው ሃርሞኒኮችን በማጣራት እና በማተኮር የተወሰኑ ሃርሞኒኮችን በመምረጥ ወደ የትኩረት ነጥብ ማሰባሰብ አስፈላጊ ይሆናል። ከተፈለገ የ pulse compression ቴክኒኮች የልብ ምት ቆይታን የበለጠ ያሳጥራሉ ፣ ይህም በአቶ ሰከንድ ክልል ውስጥ እጅግ በጣም አጫጭር የልብ ምትን ይሰጣል ። በግልጽ ለማየት እንደሚቻለው, የ attosecond lasers ማመንጨት የተራቀቀ እና ብዙ ገፅታ ያለው ሂደት ነው, ይህም ከፍተኛ የቴክኒክ ችሎታ እና ልዩ መሳሪያዎችን ይጠይቃል.

ይህን ውስብስብ ሂደት ለማቃለል በዕለት ተዕለት ሁኔታዎች ላይ የተመሰረተ ዘይቤያዊ ትይዩ እናቀርባለን፡

ከፍተኛ-ጥንካሬ Femtosecond Laser Pulses:

በከፍተኛ ፍጥነት በከፍተኛ ፍጥነት ድንጋዮችን መወርወር የሚችል ለየት ያለ ኃይለኛ ካታፕልት እንዳለው ያስቡ፣ ይህም በከፍተኛ የፍጥነት ሴኮንድ ሌዘር ምት ነው።

የጋዝ ኢላማ ቁሳቁስ;

እያንዳንዱ የውሃ ጠብታ ስፍር ቁጥር የሌላቸው የጋዝ አተሞችን የሚወክለው የጋዝ ኢላማ ቁሳቁስን የሚያመለክት ጸጥ ያለ የውሃ አካል በዓይነ ሕሊናህ ይታይህ። ድንጋዮችን ወደዚህ የውሃ አካል የማስገባቱ ተግባር በተመሳሳይ መልኩ ከፍተኛ መጠን ያለው የ femtosecond laser pulses በጋዝ ዒላማው ቁሳቁስ ላይ ያለውን ተጽእኖ ያንጸባርቃል።

የኤሌክትሮን እንቅስቃሴ እና ድጋሚ ውህደት (በአካል የተቋረጠ ሽግግር)

የ femtosecond laser pulses በጋዝ ኢላማው ቁሳቁስ ውስጥ ባለው የጋዝ አተሞች ላይ ተጽዕኖ በሚያሳድሩበት ጊዜ ቁጥራቸው ቀላል የማይባሉ ውጫዊ ኤሌክትሮኖች ለጊዜው ከየራሳቸው አቶሚክ ኒዩክሊየሎች ተለይተው ወደ ፕላዝማ የሚመስል ሁኔታን ይፈጥራሉ። የስርዓቱ ሃይል ከጊዜ በኋላ እየቀነሰ ሲመጣ (የሌዘር ጥራዞች በተፈጥሯቸው የሚመታ በመሆናቸው፣ የማቋረጥ ክፍተቶችን ስለሚያሳዩ) እነዚህ ውጫዊ ኤሌክትሮኖች ወደ አቶሚክ ኒውክሊየስ አካባቢ ይመለሳሉ፣ ይህም ከፍተኛ ሃይል ያላቸው ፎቶኖች ይለቀቃሉ።

ከፍተኛ ሃርሞኒክ ትውልድ;

አስቡት በእያንዳንዱ ጊዜ የውሃ ጠብታ ወደ ሀይቁ ወለል ላይ በሚወድቅበት ጊዜ ሞገዶችን ይፈጥራል። እነዚህ ሞገዶች በአንደኛ ደረጃ በ femtosecond laser pulse ምክንያት ከሚከሰቱት ሞገዶች የበለጠ ከፍ ያለ ድግግሞሽ እና ስፋት አላቸው። በHHG ሂደት ወቅት ድንጋዮችን ያለማቋረጥ ከመወርወር ጋር የሚመሳሰል ኃይለኛ የሌዘር ጨረር የሐይቁን ወለል የሚመስል የጋዝ ኢላማ ያበራል። ይህ ኃይለኛ የሌዘር መስክ ኤሌክትሮኖችን በጋዝ ውስጥ ያሰራጫል, ከሞገዶች ጋር ተመሳሳይነት ያለው, ከወላጆቻቸው አተሞች ያርቃል እና ከዚያም ወደ ኋላ ይጎትቷቸዋል. አንድ ኤሌክትሮን ወደ አቶም በተመለሰ ቁጥር አዲስ የሌዘር ጨረር ከፍተኛ ድግግሞሽ ያመነጫል, ይህም ይበልጥ ውስብስብ ከሆኑ የሞገድ ቅጦች ጋር ተመሳሳይ ነው.

ማጣራት እና ማተኮር;

እነዚህን ሁሉ አዲስ የተፈጠሩ የሌዘር ጨረሮች በማጣመር የተለያዩ ቀለሞችን (ድግግሞሾችን ወይም የሞገድ ርዝመቶችን) ያስገኛል ፣ አንዳንዶቹም የአቶሴኮንድ ሌዘር ናቸው። የተወሰኑ የሞገድ መጠኖችን እና ድግግሞሾችን ለመለየት፣ የሚፈለጉትን ሞገዶች ከመምረጥ ጋር የሚመሳሰል ልዩ ማጣሪያ መቅጠር እና በአንድ የተወሰነ ቦታ ላይ እንዲያተኩሩ አጉሊ መነጽር መቅጠር ይችላሉ።

የልብ ምት መጨናነቅ (አስፈላጊ ከሆነ)

ሞገዶችን በፍጥነት እና ባጭሩ ለማሰራጨት ካሰቡ፣ ልዩ መሣሪያ በመጠቀም ስርጭታቸውን ማፋጠን ይችላሉ፣ ይህም እያንዳንዱ ሞገድ የሚቆይበትን ጊዜ ይቀንሳል። የ attosecond lasers ማመንጨት ውስብስብ የሆነ የሂደቶችን ግንኙነት ያካትታል. ነገር ግን፣ ሲሰበር እና ሲታይ፣ የበለጠ ለመረዳት የሚቻል ይሆናል።