Ing woro-woro penting ing wayah sore tanggal 3 Oktober 2023, Bebungah Nobel Fisika kanggo taun 2023 diumumake, minangka pangenalan marang kontribusi luar biasa saka telung ilmuwan sing wis nduweni peran penting minangka pelopor ing ranah teknologi laser attosecond.

Istilah "laser attosecond" dijupuk saka skala wektu sing cendhak banget nalika digunakake, utamane kanthi urutan attosecond, sing cocog karo 10^-18 detik. Kanggo mangerteni makna sing jero saka teknologi iki, pangerten dhasar babagan apa sing dituduhake dening attosecond iku penting banget. Attosecond minangka unit wektu sing menit banget, sing mbentuk seper milyar seper milyar detik ing konteks sing luwih jembar saka sedetik. Kanggo menehi perspektif, yen kita mbandhingake sedetik karo gunung sing dhuwur, attosecond bakal padha karo sebutir pasir sing ana ing dasar gunung. Ing interval temporal sing cepet iki, sanajan cahya meh ora bisa ngliwati jarak sing padha karo ukuran atom individu. Liwat panggunaan laser attosecond, para ilmuwan entuk kemampuan sing durung tau ana sadurunge kanggo nliti lan manipulasi dinamika elektron sing rumit ing struktur atom, kaya replay gerakan alon frame-by-frame ing urutan sinematik, saengga nyelidiki interaksi kasebut.

Laser attosecondminangka puncak saka riset ekstensif lan upaya bebarengan dening para ilmuwan, sing wis nggunakake prinsip-prinsip optik nonlinier kanggo nggawe laser ultra-cepet. Kehadirane wis menehi kita titik pandang inovatif kanggo pengamatan lan eksplorasi proses dinamis sing kedadeyan ing njero atom, molekul, lan malah elektron ing bahan padat.

Kanggo njlentrehake sifat laser attosecond lan ngapresiasi atribut sing ora konvensional dibandhingake karo laser konvensional, penting banget kanggo njelajah kategorisasi kasebut ing "kulawarga laser" sing luwih jembar. Klasifikasi miturut dawa gelombang ndadekake laser attosecond utamane ana ing kisaran frekuensi sinar-X ultraviolet nganti alus, sing nuduhake dawa gelombang sing luwih cendhek tinimbang laser konvensional. Babagan mode output, laser attosecond kalebu ing kategori laser pulsa, sing ditondoi kanthi durasi pulsa sing cendhak banget. Kanggo nggawe analogi kanggo kajelasan, wong bisa mbayangake laser gelombang terus-terusan kaya senter sing ngetokake sinar cahya terus-terusan, dene laser pulsa meh padha karo lampu strobo, kanthi cepet ganti-ganti antarane periode iluminasi lan peteng. Intine, laser attosecond nuduhake prilaku pulsating ing iluminasi lan peteng, nanging transisi antarane rong kahanan kasebut kedadeyan kanthi frekuensi sing nggumunake, tekan ranah attosecond.

Kategorisasi luwih lanjut miturut daya nglebokake laser menyang kurung daya rendah, daya sedang, lan daya dhuwur. Laser attosecond entuk daya puncak sing dhuwur amarga durasi pulsa sing cendhak banget, sing nyebabake daya puncak (P) sing jelas - ditetepake minangka intensitas energi saben unit wektu (P=W/t). Sanajan pulsa laser attosecond individu bisa uga ora duwe energi sing gedhe banget (W), jangkauan temporal sing disingkat (t) menehi daya puncak sing dhuwur.

Ing babagan domain aplikasi, laser nyakup spektrum sing nyakup aplikasi industri, medis, lan ilmiah. Laser attosecond utamane nemokake niche ing ranah riset ilmiah, utamane ing eksplorasi fenomena sing berkembang kanthi cepet ing domain fisika lan kimia, sing menehi jendela menyang proses dinamis sing cepet ing jagad mikrokosmos.

Kategorisasi miturut medium laser mbatesi laser minangka laser gas, laser solid-state, laser cair, lan laser semikonduktor. Generasi laser attosecond biasane gumantung ing media laser gas, kanthi nggunakake efek optik nonlinier kanggo ngasilake harmonik orde dhuwur.

Ringkesane, laser attosecond minangka kelas laser pulsa cendhak sing unik, sing dibedakake karo durasi pulsa sing luar biasa cendhak, biasane diukur ing attoseconds. Akibate, laser kasebut dadi alat sing penting banget kanggo mirsani lan ngontrol proses dinamis ultra-cepet elektron ing njero atom, molekul, lan bahan padat.

Proses sing rumit saka Generasi Laser Attosecond

Teknologi laser attosecond madeg ing garis ngarep inovasi ilmiah, kanthi sakumpulan kahanan sing ketat lan narik kawigaten kanggo generasine. Kanggo njlentrehake seluk-beluk generasi laser attosecond, kita miwiti kanthi eksposisi ringkes babagan prinsip-prinsip dhasare, banjur metafora sing jelas sing dijupuk saka pengalaman saben dina. Para pamaca sing ora ngerti seluk-beluk fisika sing relevan ora perlu putus asa, amarga metafora sabanjure ngarahake supaya fisika dhasar laser attosecond bisa diakses.

Proses generasi laser attosecond utamane gumantung marang teknik sing dikenal minangka High Harmonic Generation (HHG). Kapisan, sinar pulsa laser femtosecond intensitas dhuwur (10^-15 detik) difokusake kanthi rapet menyang materi target gas. Perlu dicathet yen laser femtosecond, kaya laser attosecond, nduweni karakteristik nduweni durasi pulsa sing cendhak lan daya puncak sing dhuwur. Ing sangisore pengaruh medan laser sing kuat, elektron ing njero atom gas dibebasake saka inti atom, mlebu ing kahanan elektron bebas. Nalika elektron iki osilasi minangka respon marang medan laser, pungkasane bali lan gabung maneh karo inti atom induk, nggawe kahanan energi dhuwur anyar.

Sajrone proses iki, elektron obah kanthi kecepatan sing dhuwur banget, lan sawise rekombinasi karo inti atom, elektron bakal ngeculake energi tambahan awujud emisi harmonik sing dhuwur, sing katon minangka foton energi dhuwur.

Frekuensi foton energi dhuwur sing mentas digawe iki minangka kelipatan bilangan bulat saka frekuensi laser asli, mbentuk apa sing diarani harmonik orde tinggi, ing ngendi "harmonik" nuduhake frekuensi sing minangka kelipatan integral saka frekuensi asli. Kanggo entuk laser attosecond, perlu nyaring lan fokus harmonik orde tinggi iki, milih harmonik tartamtu lan ngonsentrasikake menyang titik fokus. Yen dikarepake, teknik kompresi pulsa bisa nyepetake durasi pulsa, ngasilake pulsa ultra-cendhak ing kisaran attosecond. Temenan, generasi laser attosecond minangka proses sing canggih lan multifaset, sing mbutuhake tingkat kecakapan teknis sing dhuwur lan peralatan khusus.

Kanggo njlentrehake proses sing ruwet iki, kita nawakake paralel metaforis sing didhasarake ing skenario saben dina:

Pulsa Laser Femtodetik Intensitas Tinggi:

Bayangna duwé ketapel sing ampuh banget sing bisa langsung mbuwang watu kanthi kecepatan kolosal, padha karo peran sing dimainaké déning pulsa laser femtosecond intensitas dhuwur.

Bahan Target Gas:

Bayangna sawijining banyu sing tenang sing nglambangake materi target gas, ing ngendi saben tetesan banyu nglambangake maneka warna atom gas. Tumindak ngdorong watu menyang banyu iki kanthi analog nggambarake dampak pulsa laser femtosecond intensitas dhuwur ing materi target gas.

Gerakan lan Rekombinasi Elektron (Sacara Fisik Disebut Transisi):

Nalika pulsa laser femtosecond mengaruhi atom gas ing njero materi target gas, sawetara elektron njaba sing signifikan bakal tereksitasi sedhela menyang kahanan ing ngendi dheweke ucul saka inti atom masing-masing, mbentuk kahanan kaya plasma. Nalika energi sistem banjur suda (amarga pulsa laser kanthi inheren berdenyut, kanthi interval mandheg), elektron njaba iki bali menyang sekitar inti atom, ngeculake foton energi dhuwur.

Generasi Harmonik Dhuwur:

Bayangna saben tetesan banyu tiba maneh ing lumahing tlaga, bakal nggawe riak, kaya harmonik dhuwur ing laser attosecond. Riak-riak iki nduweni frekuensi lan amplitudo sing luwih dhuwur tinimbang riak asli sing disebabake dening pulsa laser femtosecond utama. Sajrone proses HHG, sinar laser sing kuat, kaya-kaya terus-terusan mbuwang watu, madhangi target gas, sing meh padha karo lumahing tlaga. Medan laser sing kuat iki ndorong elektron ing gas, analog karo riak, adoh saka atom induk banjur narik maneh. Saben elektron bali menyang atom, bakal ngetokake sinar laser anyar kanthi frekuensi sing luwih dhuwur, kaya-kaya pola riak sing luwih rumit.

Nyaring lan Fokus:

Nggabungake kabeh sinar laser sing nembe digawe iki ngasilake spektrum macem-macem warna (frekuensi utawa dawa gelombang), sawetara kalebu laser attosecond. Kanggo misahake ukuran lan frekuensi riak tartamtu, sampeyan bisa nggunakake filter khusus, kaya milih riak sing dikarepake, lan nggunakake kaca pembesar kanggo fokus menyang area tartamtu.

Kompresi Pulsa (yen perlu):

Yen sampeyan ngarahake panyebaran riak luwih cepet lan luwih cendhek, sampeyan bisa nyepetake panyebarane nggunakake piranti khusus, sing nyuda wektu saben riak. Pembangkitan laser attosecond nglibatake interaksi proses sing kompleks. Nanging, nalika dijlentrehake lan divisualisasikake, dadi luwih gampang dingerteni.