அக்டோபர் 3, 2023 அன்று மாலை ஒரு முக்கியமான அறிவிப்பில், 2023 ஆம் ஆண்டிற்கான இயற்பியலுக்கான நோபல் பரிசு வெளியிடப்பட்டது, இது அட்டோசெகண்ட் லேசர் தொழில்நுட்பத் துறையில் முன்னோடிகளாக முக்கிய பங்கு வகித்த மூன்று விஞ்ஞானிகளின் சிறந்த பங்களிப்புகளை அங்கீகரிக்கிறது.

"அட்டோசெகண்ட் லேசர்" என்ற சொல் அதன் பெயரை அதன் நம்பமுடியாத குறுகிய கால அளவிலிருந்து பெறப்பட்டது, குறிப்பாக அட்டோசெகண்ட்களின் வரிசையில், 10^-18 வினாடிகளுக்கு ஒத்திருக்கிறது. இந்த தொழில்நுட்பத்தின் ஆழமான முக்கியத்துவத்தைப் புரிந்துகொள்ள, ஒரு அட்டோசெகண்ட் எதைக் குறிக்கிறது என்பதைப் பற்றிய அடிப்படை புரிதல் மிக முக்கியமானது. ஒரு அட்டோசெகண்ட் நேரத்தின் மிக நுணுக்கமான அலகாக நிற்கிறது, இது ஒரு வினாடியின் பரந்த சூழலில் ஒரு வினாடியின் பில்லியனில் ஒரு பங்கை உருவாக்குகிறது. இதைக் கண்ணோட்டத்தில் வைக்க, ஒரு வினாடியை ஒரு உயரமான மலையுடன் ஒப்பிட்டால், ஒரு அட்டோசெகண்ட் மலையின் அடிவாரத்தில் அமைந்திருக்கும் ஒரு மணல் துகள் போன்றதாக இருக்கும். இந்த விரைவான தற்காலிக இடைவெளியில், ஒளி கூட ஒரு தனிப்பட்ட அணுவின் அளவிற்கு சமமான தூரத்தைக் கடக்க முடியாது. அட்டோசெகண்ட் லேசர்களைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், விஞ்ஞானிகள் அணு கட்டமைப்புகளுக்குள் எலக்ட்ரான்களின் சிக்கலான இயக்கவியலை ஆராய்ந்து கையாளும் முன்னோடியில்லாத திறனைப் பெறுகிறார்கள், இது ஒரு சினிமா வரிசையில் ஒரு சட்டத்திற்கு-சட்டக மெதுவான இயக்க மறுபதிப்பைப் போன்றது, இதன் மூலம் அவற்றின் இடைச்செருகலை ஆராய்கிறது.

அட்டோசெகண்ட் லேசர்கள்அதிவேக லேசர்களை உருவாக்க நேரியல் அல்லாத ஒளியியலின் கொள்கைகளைப் பயன்படுத்திய விஞ்ஞானிகளின் விரிவான ஆராய்ச்சி மற்றும் ஒருங்கிணைந்த முயற்சிகளின் உச்சக்கட்டத்தை இது பிரதிபலிக்கிறது. அவர்களின் வருகை, திடப்பொருட்களில் உள்ள அணுக்கள், மூலக்கூறுகள் மற்றும் எலக்ட்ரான்களுக்குள் கூட நிகழும் மாறும் செயல்முறைகளைக் கவனிப்பதற்கும் ஆராய்வதற்கும் ஒரு புதுமையான சாதகமான புள்ளியை நமக்கு வழங்கியுள்ளது.

வழக்கமான லேசர்களுடன் ஒப்பிடுகையில் அட்டோசெகண்ட் லேசர்களின் தன்மையை தெளிவுபடுத்தவும், அவற்றின் வழக்கத்திற்கு மாறான பண்புகளைப் பாராட்டவும், பரந்த "லேசர் குடும்பத்திற்குள்" அவற்றின் வகைப்பாட்டை ஆராய்வது அவசியம். அலைநீளத்தின் அடிப்படையில் வகைப்படுத்துதல் அட்டோசெகண்ட் லேசர்களை முக்கியமாக புற ஊதா முதல் மென்மையான எக்ஸ்-ரே அதிர்வெண்கள் வரையிலான வரம்பிற்குள் வைக்கிறது, இது வழக்கமான லேசர்களுக்கு மாறாக அவற்றின் குறிப்பிடத்தக்க குறுகிய அலைநீளங்களைக் குறிக்கிறது. வெளியீட்டு முறைகளைப் பொறுத்தவரை, அட்டோசெகண்ட் லேசர்கள் துடிப்புள்ள லேசர்களின் வகையின் கீழ் வருகின்றன, அவை அவற்றின் மிகக் குறுகிய துடிப்பு காலங்களால் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. தெளிவுக்கான ஒப்புமையை வரைய, தொடர்ச்சியான-அலை லேசர்களை தொடர்ச்சியான ஒளிக்கற்றையை வெளியிடும் டார்ச் லைட்டைப் போலவே கற்பனை செய்யலாம், அதே நேரத்தில் துடிப்புள்ள லேசர்கள் ஒரு ஸ்ட்ரோப் ஒளியை ஒத்திருக்கும், வெளிச்சம் மற்றும் இருளின் காலங்களுக்கு இடையில் விரைவாக மாறி மாறி வருகின்றன. சாராம்சத்தில், அட்டோசெகண்ட் லேசர்கள் வெளிச்சம் மற்றும் இருளுக்குள் ஒரு துடிக்கும் நடத்தையை வெளிப்படுத்துகின்றன, இருப்பினும் இரண்டு நிலைகளுக்கு இடையிலான அவற்றின் மாற்றம் ஒரு வியக்கத்தக்க அதிர்வெண்ணில் வெளிப்படுகிறது, அட்டோசெகண்ட்களின் மண்டலத்தை அடைகிறது.

சக்தியின் அடிப்படையில் மேலும் வகைப்படுத்தப்படும் போது, ​​லேசர்கள் குறைந்த-சக்தி, நடுத்தர-சக்தி மற்றும் உயர்-சக்தி அடைப்புக்குறிகளாக வைக்கப்படுகின்றன. அட்டோசெகண்ட் லேசர்கள் அவற்றின் மிகக் குறுகிய துடிப்பு கால அளவு காரணமாக அதிக உச்ச சக்தியை அடைகின்றன, இதன் விளைவாக ஒரு உச்ச சக்தி (P) ஏற்படுகிறது - இது ஒரு யூனிட் நேரத்திற்கு ஆற்றலின் தீவிரம் (P=W/t) என வரையறுக்கப்படுகிறது. தனிப்பட்ட அட்டோசெகண்ட் லேசர் துடிப்புகள் விதிவிலக்காக பெரிய ஆற்றலை (W) கொண்டிருக்கவில்லை என்றாலும், அவற்றின் சுருக்கமான தற்காலிக அளவு (t) அவற்றிற்கு உயர்ந்த உச்ச சக்தியை அளிக்கிறது.

பயன்பாட்டு களங்களைப் பொறுத்தவரை, லேசர்கள் தொழில்துறை, மருத்துவம் மற்றும் அறிவியல் பயன்பாடுகளை உள்ளடக்கிய ஒரு நிறமாலையைக் கொண்டுள்ளன. அட்டோசெகண்ட் லேசர்கள் முதன்மையாக அறிவியல் ஆராய்ச்சியின் எல்லைக்குள், குறிப்பாக இயற்பியல் மற்றும் வேதியியலின் களங்களுக்குள் வேகமாக வளர்ந்து வரும் நிகழ்வுகளை ஆராய்வதில், நுண்ணிய உலகின் விரைவான இயக்கவியல் செயல்முறைகளுக்கு ஒரு சாளரத்தை வழங்குகின்றன.

லேசர் ஊடகத்தின் வகைப்பாடு லேசர்களை வாயு லேசர்கள், திட-நிலை லேசர்கள், திரவ லேசர்கள் மற்றும் குறைக்கடத்தி லேசர்கள் என வரையறுக்கிறது. அட்டோசெகண்ட் லேசர்களின் உருவாக்கம் பொதுவாக வாயு லேசர் ஊடகத்தைச் சார்ந்துள்ளது, உயர்-வரிசை ஹார்மோனிக்ஸ்களை உருவாக்க நேரியல் அல்லாத ஒளியியல் விளைவுகளைப் பயன்படுத்துகிறது.

சுருக்கமாக, அட்டோசெகண்ட் லேசர்கள் குறுகிய-துடிப்பு லேசர்களின் தனித்துவமான வகுப்பை உருவாக்குகின்றன, அவை அசாதாரணமான சுருக்கமான துடிப்பு கால அளவுகளால் வேறுபடுகின்றன, பொதுவாக அட்டோசெகண்டுகளில் அளவிடப்படுகின்றன. இதன் விளைவாக, அணுக்கள், மூலக்கூறுகள் மற்றும் திடப்பொருட்களுக்குள் எலக்ட்ரான்களின் அதிவேக இயக்கவியல் செயல்முறைகளைக் கவனித்து கட்டுப்படுத்துவதற்கு அவை இன்றியமையாத கருவிகளாக மாறிவிட்டன.

அட்டோசெகண்ட் லேசர் உருவாக்கத்தின் விரிவான செயல்முறை

அட்டோசெகண்ட் லேசர் தொழில்நுட்பம் அறிவியல் கண்டுபிடிப்புகளில் முன்னணியில் உள்ளது, அதன் உருவாக்கத்திற்கான ஒரு சுவாரஸ்யமான கடுமையான நிலைமைகளின் தொகுப்பைப் பெருமைப்படுத்துகிறது. அட்டோசெகண்ட் லேசர் உருவாக்கத்தின் நுணுக்கங்களை தெளிவுபடுத்த, அதன் அடிப்படைக் கொள்கைகளின் சுருக்கமான விளக்கத்துடன் தொடங்குகிறோம், அதைத் தொடர்ந்து அன்றாட அனுபவங்களிலிருந்து பெறப்பட்ட தெளிவான உருவகங்கள். தொடர்புடைய இயற்பியலின் நுணுக்கங்களைப் பற்றி அறியாத வாசகர்கள் விரக்தியடையத் தேவையில்லை, ஏனெனில் அடுத்தடுத்த உருவகங்கள் அட்டோசெகண்ட் லேசர்களின் அடிப்படை இயற்பியலை அணுகக்கூடியதாக மாற்றுவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளன.

அட்டோசெகண்ட் லேசர்களின் உற்பத்தி செயல்முறை முதன்மையாக உயர் ஹார்மோனிக் ஜெனரேஷன் (HHG) எனப்படும் நுட்பத்தை நம்பியுள்ளது. முதலாவதாக, அதிக தீவிரம் கொண்ட ஃபெம்டோசெகண்ட் (10^-15 வினாடிகள்) லேசர் துடிப்புகளின் கற்றை ஒரு வாயு இலக்கு பொருளின் மீது இறுக்கமாக குவிக்கப்படுகிறது. அட்டோசெகண்ட் லேசர்களைப் போன்ற ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர்கள், குறுகிய துடிப்பு கால அளவு மற்றும் அதிக உச்ச சக்தியைக் கொண்டிருப்பதன் பண்புகளைப் பகிர்ந்து கொள்கின்றன என்பது கவனிக்கத்தக்கது. தீவிர லேசர் புலத்தின் செல்வாக்கின் கீழ், வாயு அணுக்களுக்குள் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் அவற்றின் அணுக்கருக்களிலிருந்து சிறிது நேரத்தில் விடுவிக்கப்பட்டு, தற்காலிகமாக இலவச எலக்ட்ரான்களின் நிலைக்கு நுழைகின்றன. லேசர் புலத்திற்கு பதிலளிக்கும் விதமாக இந்த எலக்ட்ரான்கள் ஊசலாடும்போது, ​​அவை இறுதியில் அவற்றின் தாய் அணுக்கருக்களுக்குத் திரும்பி, புதிய உயர் ஆற்றல் நிலைகளை உருவாக்குகின்றன.

இந்தச் செயல்பாட்டின் போது, ​​எலக்ட்ரான்கள் மிக அதிக வேகத்தில் நகரும், மேலும் அணுக்கருக்களுடன் மீண்டும் இணையும்போது, ​​அவை அதிக ஹார்மோனிக் உமிழ்வுகளின் வடிவத்தில் கூடுதல் ஆற்றலை வெளியிடுகின்றன, இது உயர் ஆற்றல் ஃபோட்டான்களாக வெளிப்படுகிறது.

புதிதாக உருவாக்கப்படும் இந்த உயர்-ஆற்றல் ஃபோட்டான்களின் அதிர்வெண்கள் அசல் லேசர் அதிர்வெண்ணின் முழு எண் மடங்குகளாகும், இது உயர்-வரிசை ஹார்மோனிக்ஸ் என்று அழைக்கப்படுகிறது, இங்கு "ஹார்மோனிக்ஸ்" என்பது அசல் அதிர்வெண்ணின் ஒருங்கிணைந்த மடங்குகளாக இருக்கும் அதிர்வெண்களைக் குறிக்கிறது. அட்டோசெகண்ட் லேசர்களைப் பெற, இந்த உயர்-வரிசை ஹார்மோனிக்ஸ்களை வடிகட்டி கவனம் செலுத்துவது அவசியமாகிறது, குறிப்பிட்ட ஹார்மோனிக்ஸ்களைத் தேர்ந்தெடுத்து அவற்றை ஒரு மையப் புள்ளியில் குவிப்பது அவசியம். விரும்பினால், துடிப்பு சுருக்க நுட்பங்கள் துடிப்பு கால அளவை மேலும் சுருக்கலாம், அட்டோசெகண்ட் வரம்பில் மிகக் குறுகிய துடிப்புகளை உருவாக்கலாம். வெளிப்படையாக, அட்டோசெகண்ட் லேசர்களை உருவாக்குவது ஒரு அதிநவீன மற்றும் பன்முக செயல்முறையாகும், இது அதிக அளவு தொழில்நுட்ப திறமை மற்றும் சிறப்பு உபகரணங்களைக் கோருகிறது.

இந்த சிக்கலான செயல்முறையின் மர்மங்களை நீக்க, அன்றாட சூழ்நிலைகளை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஒரு உருவக இணையை நாங்கள் வழங்குகிறோம்:

அதிக தீவிரம் கொண்ட ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர் பருப்பு வகைகள்:

அதிக தீவிரம் கொண்ட ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர் துடிப்புகள் வகிக்கும் பங்கைப் போலவே, மிகப்பெரிய வேகத்தில் உடனடியாக கற்களை வீசும் திறன் கொண்ட விதிவிலக்கான சக்திவாய்ந்த கவண் வைத்திருப்பதை கற்பனை செய்து பாருங்கள்.

வாயு இலக்கு பொருள்:

வாயு இலக்குப் பொருளைக் குறிக்கும் அமைதியான நீர்நிலையை கற்பனை செய்து பாருங்கள், அங்கு ஒவ்வொரு நீர்த்துளியும் எண்ணற்ற வாயு அணுக்களைக் குறிக்கிறது. இந்த நீர்நிலைக்குள் கற்களை செலுத்தும் செயல், வாயு இலக்குப் பொருளின் மீது அதிக தீவிரம் கொண்ட ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர் துடிப்புகளின் தாக்கத்தை ஒத்ததாக பிரதிபலிக்கிறது.

எலக்ட்ரான் இயக்கம் மற்றும் மறுசீரமைப்பு (இயற்பியல் ரீதியாக மாற்றம் என்று அழைக்கப்படுகிறது):

ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர் துடிப்புகள் வாயு இலக்குப் பொருளுக்குள் உள்ள வாயு அணுக்களைத் தாக்கும் போது, ​​கணிசமான எண்ணிக்கையிலான வெளிப்புற எலக்ட்ரான்கள் ஒரு நிலைக்குத் தூண்டப்பட்டு, அவை அந்தந்த அணுக்கருக்களிலிருந்து பிரிந்து, பிளாஸ்மா போன்ற நிலையை உருவாக்குகின்றன. அமைப்பின் ஆற்றல் பின்னர் குறையும் போது (லேசர் துடிப்புகள் இயல்பாகவே துடிப்பதால், நிறுத்த இடைவெளிகளைக் கொண்டிருப்பதால்), இந்த வெளிப்புற எலக்ட்ரான்கள் அணுக்கருக்களின் அருகாமைக்குத் திரும்பி, உயர் ஆற்றல் ஃபோட்டான்களை வெளியிடுகின்றன.

உயர் ஹார்மோனிக் தலைமுறை:

ஒவ்வொரு முறையும் ஒரு நீர்த்துளி ஏரியின் மேற்பரப்பில் விழும்போது, ​​அது அட்டோசெகண்ட் லேசர்களில் உள்ள உயர் ஹார்மோனிக்ஸ் போன்ற சிற்றலைகளை உருவாக்குவதை கற்பனை செய்து பாருங்கள். இந்த சிற்றலைகள் முதன்மை ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர் துடிப்பால் ஏற்படும் அசல் சிற்றலைகளை விட அதிக அதிர்வெண்கள் மற்றும் வீச்சுகளைக் கொண்டுள்ளன. HHG செயல்முறையின் போது, ​​தொடர்ந்து கற்களைத் தூக்கி எறிவது போன்ற ஒரு சக்திவாய்ந்த லேசர் கற்றை, ஏரியின் மேற்பரப்பை ஒத்த ஒரு வாயு இலக்கை ஒளிரச் செய்கிறது. இந்த தீவிர லேசர் புலம் வாயுவில் உள்ள எலக்ட்ரான்களை, சிற்றலைகளைப் போலவே, அவற்றின் தாய் அணுக்களிலிருந்து விலக்கி, பின்னர் அவற்றைப் பின்னுக்கு இழுக்கிறது. ஒவ்வொரு முறையும் ஒரு எலக்ட்ரான் அணுவிற்குத் திரும்பும்போது, ​​அது அதிக அதிர்வெண் கொண்ட ஒரு புதிய லேசர் கற்றையை வெளியிடுகிறது, இது மிகவும் சிக்கலான சிற்றலை வடிவங்களைப் போன்றது.

வடிகட்டுதல் மற்றும் கவனம் செலுத்துதல்:

புதிதாக உருவாக்கப்பட்ட இந்த லேசர் கற்றைகள் அனைத்தையும் இணைப்பதன் மூலம் பல்வேறு வண்ணங்களின் (அதிர்வெண்கள் அல்லது அலைநீளங்கள்) நிறமாலை கிடைக்கிறது, அவற்றில் சில அட்டோசெகண்ட் லேசரை உருவாக்குகின்றன. குறிப்பிட்ட சிற்றலை அளவுகள் மற்றும் அதிர்வெண்களை தனிமைப்படுத்த, நீங்கள் விரும்பிய சிற்றலைகளைத் தேர்ந்தெடுப்பது போன்ற ஒரு சிறப்பு வடிகட்டியைப் பயன்படுத்தலாம், மேலும் ஒரு குறிப்பிட்ட பகுதியில் அவற்றை மையப்படுத்த ஒரு பூதக்கண்ணாடியைப் பயன்படுத்தலாம்.

துடிப்பு சுருக்கம் (தேவைப்பட்டால்):

நீங்கள் சிற்றலைகளை வேகமாகவும் குறைவாகவும் பரப்புவதை நோக்கமாகக் கொண்டால், ஒவ்வொரு சிற்றலை நீடிக்கும் நேரத்தையும் குறைக்கும் ஒரு சிறப்பு சாதனத்தைப் பயன்படுத்தி அவற்றின் பரவலை துரிதப்படுத்தலாம். அட்டோசெகண்ட் லேசர்களின் உருவாக்கம் செயல்முறைகளின் சிக்கலான இடைச்செருகலை உள்ளடக்கியது. இருப்பினும், உடைக்கப்பட்டு காட்சிப்படுத்தப்படும்போது, ​​அது மிகவும் புரிந்துகொள்ளக்கூடியதாக மாறும்.