2023-cü il oktyabrın 3-də axşam saatlarında əlamətdar elanda 2023-cü il üçün Fizika üzrə Nobel Mükafatı təqdim olundu və bu, attosecond lazer texnologiyası sahəsində qabaqcıl rol oynamış üç alimin görkəmli töhfələrini qiymətləndirdi.

"Attosaniyə lazeri" termini öz adını, xüsusilə 10^-18 saniyəyə uyğun gələn attosaniyələr sırası ilə işlədiyi inanılmaz qısa zaman miqyasından alır. Bu texnologiyanın dərin əhəmiyyətini dərk etmək üçün attosaniyənin nə demək olduğunu əsaslı şəkildə başa düşmək vacibdir. Bir attosaniyə bir saniyənin daha geniş kontekstində saniyənin milyardda birinin milyardda birini təşkil edən həddindən artıq dəqiqəlik zaman vahidi kimi dayanır. Bunu perspektivə qoymaq üçün, əgər bir saniyəni uca bir dağa bənzətsək, bir attosaniyə dağın ətəyində yerləşmiş tək bir qum dənəsi ilə eyni olardı. Bu keçici zaman intervalında hətta işıq fərdi atomun ölçüsünə bərabər məsafəni çətinliklə keçə bilir. Attosaniyəli lazerlərin istifadəsi ilə alimlər atom strukturları daxilində elektronların mürəkkəb dinamikasını sinematik ardıcıllıqla kadr-kadr yavaş hərəkətli təkrara bənzəyən yoxlamaq və manipulyasiya etmək üçün görünməmiş qabiliyyət əldə edirlər və bununla da onların qarşılıqlı əlaqəsini öyrənirlər.

Attosecond lazerlərultrasürətli lazerlər yaratmaq üçün qeyri-xətti optika prinsiplərindən istifadə edən alimlərin geniş tədqiqatlarının və birgə səylərinin kulminasiya nöqtəsini təmsil edir. Onların gəlişi bizə bərk materiallarda atomlar, molekullar və hətta elektronlar daxilində baş verən dinamik proseslərin müşahidəsi və tədqiqi üçün yenilikçi bir fürsət yaratdı.

Attosecond lazerlərin təbiətini aydınlaşdırmaq və adi lazerlərlə müqayisədə onların qeyri-ənənəvi atributlarını qiymətləndirmək üçün onların daha geniş "lazer ailəsi" daxilində təsnifatını araşdırmaq vacibdir. Dalğa uzunluğuna görə təsnifat attosaniyə lazerləri əsasən ultrabənövşəyi və yumşaq rentgen tezlikləri diapazonunda yerləşdirir, bu da onların ənənəvi lazerlərdən fərqli olaraq daha qısa dalğa uzunluqlarını ifadə edir. Çıxış rejimləri baxımından attosaniyə lazerlər impulslu lazerlər kateqoriyasına düşür və onların həddindən artıq qısa impuls müddəti ilə xarakterizə olunur. Aydınlıq üçün bir bənzətmə çəkmək üçün davamlı dalğalı lazerləri davamlı işıq şüası yayan fənərə bənzətmək olar, impulslu lazerlər isə işıqlandırma və qaranlıq dövrləri arasında sürətlə dəyişən strob işığına bənzəyir. Əslində, attosaniyə lazerləri işıqlandırma və qaranlıqda pulsasiya edən bir davranış nümayiş etdirir, lakin onların iki vəziyyət arasında keçidi heyrətamiz bir tezlikdə baş verir və attosaniyələr sahəsinə çatır.

Güclərə görə əlavə təsnifat lazerləri aşağı güclü, orta güclü və yüksək güclü mötərizələrə yerləşdirir. Attosecond lazerlər son dərəcə qısa nəbz müddətləri sayəsində yüksək pik gücə nail olurlar və nəticədə vahid vaxtda enerjinin intensivliyi (P=W/t) kimi müəyyən edilən pik güc (P) olur. Ayrı-ayrı attosaniyə lazer impulsları müstəsna dərəcədə böyük enerjiyə (W) malik olmasa da, onların qısaldılmış müvəqqəti ölçüsü (t) onlara yüksək pik güc verir.

Tətbiq sahələri baxımından lazerlər sənaye, tibbi və elmi tətbiqləri əhatə edən spektri əhatə edir. Attosecond lazerləri ilk növbədə elmi tədqiqatlar sahəsində, xüsusən də fizika və kimya sahələrində sürətlə inkişaf edən hadisələrin tədqiqində, mikrokosmik dünyanın sürətli dinamik proseslərinə bir pəncərə təklif etməklə öz yerini tapır.

Lazer mühitinə görə təsnifat lazerləri qaz lazerləri, bərk vəziyyətdə olan lazerlər, maye lazerlər və yarımkeçirici lazerlər kimi ayırır. Attosecond lazerlərin istehsalı adətən yüksək dərəcəli harmoniklər yaratmaq üçün qeyri-xətti optik effektlərdən istifadə edərək, qaz lazer mühitindən asılıdır.

Ümumilikdə, attosaniyə lazerləri, adətən attosaniyələrlə ölçülən qeyri-adi qısa nəbz müddətləri ilə seçilən, qısa impulslu lazerlərin unikal sinifini təşkil edir. Nəticədə, onlar atomlar, molekullar və bərk materiallarda elektronların ultrasürətli dinamik proseslərini müşahidə etmək və idarə etmək üçün əvəzedilməz vasitələrə çevriliblər.

Attosecond Lazer Nəsilinin Mürəkkəb Prosesi

Attosecond lazer texnologiyası elmi innovasiyaların önündə dayanır və onun yaradılması üçün çox ciddi şərtlər toplusu ilə öyünür. Attosecond lazer nəslinin incəliklərini aydınlaşdırmaq üçün biz onun əsas prinsiplərinin qısa təsviri ilə başlayırıq, sonra isə gündəlik təcrübələrdən əldə edilən parlaq metaforalarla başlayırıq. Müvafiq fizikanın incəlikləri ilə tanış olan oxucular ümidsizliyə qapılmamalıdırlar, çünki sonrakı metaforalar attosaniyə lazerlərinin təməl fizikasını əlçatan etmək məqsədi daşıyır.

Attosecond lazerlərin yaradılması prosesi ilk növbədə Yüksək Harmonik Nəsil (HHG) kimi tanınan texnikaya əsaslanır. Birincisi, yüksək intensivlikli femtosaniyə (10^-15 saniyə) lazer impulslarının şüası qaz halında olan hədəf materialına sıx şəkildə fokuslanır. Qeyd etmək lazımdır ki, attosaniyə lazerlərə bənzəyən femtosaniyə lazerləri qısa nəbz müddətinə və yüksək pik gücə malik olma xüsusiyyətlərini bölüşür. Güclü lazer sahəsinin təsiri altında qaz atomlarının içindəki elektronlar müvəqqəti olaraq atom nüvələrindən azad olur və müvəqqəti olaraq sərbəst elektronlar vəziyyətinə keçir. Bu elektronlar lazer sahəsinə cavab olaraq salındıqca, onlar sonda öz ana atom nüvələrinə qayıdırlar və onlarla yenidən birləşərək yeni yüksək enerjili vəziyyətlər yaradırlar.

Bu proses zamanı elektronlar son dərəcə yüksək sürətlə hərəkət edir və atom nüvələri ilə rekombinasiya edildikdən sonra yüksək enerjili fotonlar kimi təzahür edərək yüksək harmonik emissiyalar şəklində əlavə enerji buraxırlar.

Bu yeni yaradılan yüksək enerjili fotonların tezlikləri orijinal lazer tezliyinin tam ədədləridir və yüksək nizamlı harmoniklər adlanan şeyi təşkil edir, burada "harmonika" orijinal tezliyin inteqral qatları olan tezlikləri ifadə edir. Attosecond lazerlərə nail olmaq üçün bu yüksək nizamlı harmonikləri süzgəcdən keçirmək və fokuslamaq, xüsusi harmonikləri seçmək və onları fokus nöqtəsində cəmləşdirmək lazımdır. Arzu edilərsə, nəbzin sıxılma üsulları nəbz müddətini daha da qısalda bilər və attosaniyə diapazonunda ultra qısa impulslar verə bilər. Göründüyü kimi, attosaniyə lazerlərinin yaradılması yüksək texniki bacarıq və xüsusi avadanlıq tələb edən mürəkkəb və çoxşaxəli prosesdir.

Bu mürəkkəb prosesi aydınlaşdırmaq üçün biz gündəlik ssenarilərə əsaslanan metaforik paralel təklif edirik:

Yüksək İntensivlikli Femtosaniyə Lazer Pulsları:

Yüksək intensivlikli femtosaniyə lazer impulslarının oynadığı rola bənzər bir anda daşları nəhəng sürətlə atmağa qadir olan müstəsna güclü katapulta malik olduğunu təsəvvür edin.

Qazlı Hədəf Materialı:

Hər bir su damcısı saysız-hesabsız qaz atomlarını təmsil edən qaz halında olan hədəf materialı simvolizə edən sakit su hövzəsini təsəvvür edin. Bu su hövzəsinə daşların atılması aktı analoji olaraq yüksək intensivlikli femtosaniyə lazer impulslarının qaz halında olan hədəf materialına təsirini əks etdirir.

Elektron Hərəkəti və Rekombinasiya (Fiziki Keçid):

Femtosaniyə lazer impulsları qaz halında olan hədəf materialın içərisindəki qaz atomlarına təsir etdikdə, xarici elektronların əhəmiyyətli bir hissəsi anlıq olaraq müvafiq atom nüvələrindən ayrılaraq plazmaya bənzər bir vəziyyət meydana gətirən vəziyyətə keçir. Sistemin enerjisi sonradan azaldıqca (lazer impulsları təbii olaraq impuls olur, dayanma intervalları var), bu xarici elektronlar yüksək enerjili fotonları buraxaraq atom nüvələrinin yaxınlığında qayıdırlar.

Yüksək Harmonik Nəsil:

Təsəvvür edin ki, hər dəfə su damcısı gölün səthinə düşəndə ​​o, attosaniyəlik lazerlərdə yüksək harmoniklər kimi dalğalar yaradır. Bu dalğalanmalar ilkin femtosaniyə lazer nəbzinin yaratdığı orijinal dalğalardan daha yüksək tezliklərə və amplitüdlərə malikdir. HHG prosesi zamanı davamlı daş atmağa bənzəyən güclü lazer şüası gölün səthini xatırladan qaz hədəfini işıqlandırır. Bu sıx lazer sahəsi qazdakı elektronları dalğalara bənzər şəkildə ana atomlarından uzaqlaşdırır və sonra onları geri çəkir. Elektron hər dəfə atoma qayıtdıqda, daha mürəkkəb dalğalanma nümunələrinə bənzər daha yüksək tezlikli yeni lazer şüası yayır.

Filtrləmə və Fokuslama:

Bütün bu yeni yaranan lazer şüalarının birləşməsi müxtəlif rənglərin (tezliklər və ya dalğa uzunluqları) spektrini əldə edir ki, bunların bəziləri attosaniyə lazeri təşkil edir. Spesifik dalğalanma ölçülərini və tezliklərini təcrid etmək üçün istədiyiniz dalğaları seçmək kimi xüsusi bir filtrdən istifadə edə və onları müəyyən bir sahəyə yönəltmək üçün böyüdücü şüşədən istifadə edə bilərsiniz.

Pulse sıxılma (lazım olduqda):

Dalğaları daha sürətli və daha qısa şəkildə yaymağı hədəfləyirsinizsə, hər dalğanın davam etmə müddətini azaldaraq, xüsusi bir cihazdan istifadə edərək onların yayılmasını sürətləndirə bilərsiniz. Attosaniyə lazerlərinin yaradılması proseslərin mürəkkəb qarşılıqlı əlaqəsini əhatə edir. Lakin parçalanıb vizuallaşdırıldıqda daha başa düşülən olur.