3 अक्टूबर, 2023 की शाम को एक महत्वपूर्ण घोषणा में, वर्ष 2023 के लिए भौतिकी में नोबेल पुरस्कार का अनावरण किया गया था, तीन वैज्ञानिकों के उत्कृष्ट योगदान को पहचानते हुए जिन्होंने एटोसेकंड लेजर प्रौद्योगिकी के दायरे में अग्रणी के रूप में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है।

शब्द "AttoSecond Laser" का नाम अविश्वसनीय रूप से संक्षिप्त समय से अपना नाम प्राप्त करता है, यह विशेष रूप से 10^-18 सेकंड के अनुरूप, Attoseconds के क्रम में संचालित होता है। इस तकनीक के गहन महत्व को समझने के लिए, एक अटॉसेकंड का एक मौलिक समझ सर्वोपरि है। एक अटॉसेकंड समय की एक अत्यधिक मिनट इकाई के रूप में खड़ा है, एक सेकंड के व्यापक संदर्भ के भीतर एक सेकंड के एक अरबवें का एक अरबवां हिस्सा है। इसे परिप्रेक्ष्य में रखने के लिए, अगर हम एक दूसरे पर्वत के लिए एक सेकंड की तुलना करते थे, तो एक अटॉसेकंड पहाड़ के आधार पर रेत के एक एकल अनाज के समान होगा। इस क्षणभंगुर अस्थायी अंतराल में, यहां तक ​​कि प्रकाश एक व्यक्तिगत परमाणु के आकार के बराबर दूरी को मुश्किल से पार कर सकता है। Attosecond लेज़रों के उपयोग के माध्यम से, वैज्ञानिकों ने परमाणु संरचनाओं के भीतर इलेक्ट्रॉनों की जटिल गतिशीलता को छानने और हेरफेर करने की अभूतपूर्व क्षमता प्राप्त की, एक सिनेमाई अनुक्रम में एक फ्रेम-बाय-फ्रेम धीमी-गति के पुनरावृत्ति के समान, जिससे उनके परस्पर क्रिया में गिरावट आती है।

अटॉसेकंड लेजरवैज्ञानिकों द्वारा व्यापक अनुसंधान और ठोस प्रयासों की परिणति का प्रतिनिधित्व करते हैं, जिन्होंने अल्ट्राफास्ट लेज़रों को शिल्प करने के लिए नॉनलाइनर ऑप्टिक्स के सिद्धांतों का दोहन किया है। उनके आगमन ने हमें ठोस पदार्थों में परमाणुओं, अणुओं और यहां तक ​​कि इलेक्ट्रॉनों के भीतर ट्रांसपायरिंग की गतिशील प्रक्रियाओं के अवलोकन और अन्वेषण के लिए एक अभिनव सहूलियत बिंदु के साथ सुसज्जित किया है।

Attosecond लेज़रों की प्रकृति को स्पष्ट करने के लिए और पारंपरिक लेज़रों की तुलना में उनकी अपरंपरागत विशेषताओं की सराहना करते हैं, यह व्यापक "लेजर परिवार" के भीतर उनके वर्गीकरण का पता लगाना अनिवार्य है। तरंग दैर्ध्य स्थानों द्वारा वर्गीकरण, मुख्य रूप से पराबैंगनी की सीमा के भीतर लेज़रों को नरम एक्स-रे आवृत्तियों के लिए, पारंपरिक लेज़रों के विपरीत उनके विशेष रूप से कम तरंग दैर्ध्य को दर्शाता है। आउटपुट मोड के संदर्भ में, एटोसेकंड लेजर स्पंदित लेज़रों की श्रेणी में आते हैं, जो उनके अत्यधिक संक्षिप्त पल्स अवधि की विशेषता है। स्पष्टता के लिए एक सादृश्य आकर्षित करने के लिए, कोई भी निरंतर-लहर लेज़रों की परिकल्पना कर सकता है, जो कि प्रकाश के एक निरंतर बीम को उत्सर्जित करने वाले टॉर्च के समान है, जबकि स्पंदित लेज़र एक स्ट्रोब लाइट से मिलते-जुलते हैं, तेजी से रोशनी और अंधेरे की अवधि के बीच बारी-बारी से। संक्षेप में, एटोसेकंड लेज़र्स रोशनी और अंधेरे के भीतर एक स्पंदित व्यवहार का प्रदर्शन करते हैं, फिर भी दोनों राज्यों के बीच उनका संक्रमण एक आश्चर्यजनक आवृत्ति पर ट्रांसपायर करता है, जो एटोसेकंड के दायरे तक पहुंचता है।

पावर प्लेस लेज़रों द्वारा कम-शक्ति, मध्यम-शक्ति और उच्च-शक्ति कोष्ठक में आगे वर्गीकरण। Attosecond लेज़र्स अपने बेहद छोटी नाड़ी अवधि के कारण उच्च शिखर शक्ति प्राप्त करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक स्पष्ट शिखर शक्ति (P) - प्रति यूनिट समय (p = w/t) ऊर्जा की तीव्रता के रूप में परिभाषित किया गया है। यद्यपि व्यक्तिगत एटोसेकंड लेजर दालों में असाधारण रूप से बड़ी ऊर्जा (डब्ल्यू) नहीं हो सकती है, लेकिन उनके संक्षिप्त रूप से अस्थायी सीमा (टी) उन्हें ऊंचा शिखर शक्ति के साथ प्रदान करती है।

एप्लिकेशन डोमेन के संदर्भ में, लेज़रों में औद्योगिक, चिकित्सा और वैज्ञानिक अनुप्रयोगों को शामिल करने वाला एक स्पेक्ट्रम होता है। Attosecond लेज़र्स मुख्य रूप से वैज्ञानिक अनुसंधान के दायरे में अपने आला को पाते हैं, विशेष रूप से भौतिकी और रसायन विज्ञान के डोमेन के भीतर तेजी से विकसित होने वाली घटनाओं की खोज में, माइक्रोसेक्शनल दुनिया की तेज गतिशील प्रक्रियाओं में एक खिड़की की पेशकश करते हैं।

लेजर मीडियम द्वारा वर्गीकरण गैस लेज़रों, ठोस-राज्य लेज़रों, तरल लेजर और अर्धचालक लेज़रों के रूप में लेज़रों को डिलिनेट करता है। AttoSecond लेज़रों की पीढ़ी आमतौर पर गैस लेजर मीडिया पर टिका है, उच्च-क्रम के हार्मोनिक्स को बढ़ाने के लिए नॉनलाइनियर ऑप्टिकल प्रभावों पर पूंजीकरण करता है।

संक्षेप में, एटोसेकंड लेज़र्स शॉर्ट-पल्स लेज़रों का एक अनूठा वर्ग का गठन करते हैं, जो उनके असाधारण रूप से संक्षिप्त पल्स ड्यूरेशन द्वारा प्रतिष्ठित होते हैं, आमतौर पर एटोसेकंड में मापा जाता है। नतीजतन, वे परमाणुओं, अणुओं और ठोस पदार्थों के भीतर इलेक्ट्रॉनों की अल्ट्राफास्ट गतिशील प्रक्रियाओं को देखने और नियंत्रित करने के लिए अपरिहार्य उपकरण बन गए हैं।

एटोसेकंड लेजर पीढ़ी की विस्तृत प्रक्रिया

Attosecond लेजर प्रौद्योगिकी वैज्ञानिक नवाचार में सबसे आगे है, अपनी पीढ़ी के लिए स्थितियों के एक कठोर कठोर सेट का दावा करती है। Attosecond लेजर पीढ़ी की पेचीदगियों को स्पष्ट करने के लिए, हम इसके अंतर्निहित सिद्धांतों के एक संक्षिप्त विस्तार के साथ शुरू करते हैं, इसके बाद रोजमर्रा के अनुभवों से प्राप्त ज्वलंत रूपकों द्वारा। प्रासंगिक भौतिकी की पेचीदगियों में शामिल पाठकों को निराशा की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि आगामी रूपकों का उद्देश्य एटोसेकंड लेज़रों के मूलभूत भौतिकी को सुलभ करना है।

Attosecond लेज़रों की पीढ़ी प्रक्रिया मुख्य रूप से उच्च हार्मोनिक पीढ़ी (HHG) के रूप में जानी जाने वाली तकनीक पर निर्भर करती है। सबसे पहले, उच्च तीव्रता वाले फेमटोसेकंड (10^-15 सेकंड) लेजर दालों की एक बीम एक गैसीय लक्ष्य सामग्री पर कसकर केंद्रित है। यह ध्यान देने योग्य है कि Femtosecond लेजर, Attosecond लेज़रों के समान, लघु पल्स अवधि और उच्च शिखर शक्ति रखने की विशेषताओं को साझा करते हैं। तीव्र लेजर क्षेत्र के प्रभाव के तहत, गैस परमाणुओं के भीतर इलेक्ट्रॉनों को क्षण भर में उनके परमाणु नाभिक से मुक्त किया जाता है, क्षणिक रूप से मुक्त इलेक्ट्रॉनों की स्थिति में प्रवेश किया जाता है। जैसा कि ये इलेक्ट्रॉन लेजर क्षेत्र के जवाब में दोलन करते हैं, वे अंततः अपने माता-पिता परमाणु नाभिक के साथ वापस लौटते हैं और फिर से शुरू करते हैं, जिससे नए उच्च-ऊर्जा वाले राज्य बनाते हैं।

इस प्रक्रिया के दौरान, इलेक्ट्रॉन अत्यधिक उच्च वेगों पर चलते हैं, और परमाणु नाभिक के साथ पुनर्संयोजन पर, वे उच्च हार्मोनिक उत्सर्जन के रूप में अतिरिक्त ऊर्जा जारी करते हैं, जो उच्च-ऊर्जा फोटॉन के रूप में प्रकट होते हैं।

इन नए उत्पन्न उच्च-ऊर्जा वाले फोटॉनों की आवृत्तियों मूल लेजर आवृत्ति के पूर्णांक गुणक हैं, जिसे उच्च-क्रम हार्मोनिक्स कहा जाता है, जहां "हार्मोनिक्स" आवृत्तियों को दर्शाता है जो मूल आवृत्ति के अभिन्न गुणक हैं। AttoSecond लेज़रों को प्राप्त करने के लिए, इन उच्च-क्रम के हार्मोनिक्स को फ़िल्टर करना और ध्यान केंद्रित करना आवश्यक हो जाता है, विशिष्ट हार्मोनिक्स का चयन करना और उन्हें एक फोकल बिंदु में केंद्रित करना। यदि वांछित है, तो पल्स संपीड़न तकनीक आगे पल्स की अवधि को संक्षिप्त कर सकती है, जो एटोसेकंड रेंज में अल्ट्रा-शॉर्ट दालों की उपज दे सकती है। जाहिर है, एटोसेकंड लेजर की पीढ़ी एक परिष्कृत और बहुमुखी प्रक्रिया का गठन करती है, जो तकनीकी कौशल और विशेष उपकरणों की उच्च डिग्री की मांग करती है।

इस जटिल प्रक्रिया को ध्वस्त करने के लिए, हम रोजमर्रा के परिदृश्यों में एक रूपक समानांतर आधार की पेशकश करते हैं:

उच्च तीव्रता वाले फेमटोसेकंड लेजर दालों:

उच्च-तीव्रता वाले फेमटोसेकंड लेजर दालों द्वारा निभाई गई भूमिका के समान, एक असाधारण रूप से शक्तिशाली कैटापुल को तात्कालिक रूप से रोकने में सक्षम होने की कल्पना करें।

गैसीय लक्ष्य सामग्री:

पानी के एक शांत शरीर की तस्वीर जो गैसीय लक्ष्य सामग्री का प्रतीक है, जहां पानी की प्रत्येक बूंद असंख्य गैस परमाणुओं का प्रतिनिधित्व करती है। पानी के इस शरीर में पत्थरों को आगे बढ़ाने का कार्य गैसीय लक्ष्य सामग्री पर उच्च तीव्रता वाले फेमटोसेकंड लेजर दालों के प्रभाव को दर्शाता है।

इलेक्ट्रॉन गति और पुनर्संयोजन (शारीरिक रूप से संक्रमण कहा जाता है):

जब फेमटोसेकंड लेजर दालों गैसीय लक्ष्य सामग्री के भीतर गैस परमाणुओं को प्रभावित करता है, तो बाहरी इलेक्ट्रॉनों की एक महत्वपूर्ण संख्या क्षण भर में एक ऐसी स्थिति के लिए उत्साहित होती है जहां वे अपने संबंधित परमाणु नाभिक से अलग हो जाते हैं, जो एक प्लाज्मा जैसा राज्य बनाते हैं। जैसा कि सिस्टम की ऊर्जा बाद में कम हो जाती है (चूंकि लेजर दालों को स्वाभाविक रूप से स्पंदित किया जाता है, जो समाप्ति के अंतराल की विशेषता है), ये बाहरी इलेक्ट्रॉन परमाणु नाभिक के अपने आसपास के क्षेत्र में लौटते हैं, उच्च-ऊर्जा फोटॉन जारी करते हैं।

उच्च हार्मोनिक पीढ़ी:

हर बार एक पानी की बूंद झील की सतह पर वापस आने की कल्पना करें, यह लहर बनाता है, बहुत कुछ एटोसेकंड लेज़रों में उच्च हार्मोनिक्स की तरह। इन तरंगों में प्राथमिक फेमटोसेकंड लेजर पल्स के कारण मूल लहरों की तुलना में उच्च आवृत्तियों और आयाम होते हैं। एचएचजी प्रक्रिया के दौरान, एक शक्तिशाली लेजर बीम, लगातार पत्थरों को उछालने के लिए, एक गैस लक्ष्य को रोशन करता है, झील की सतह से मिलता -जुलता है। यह गहन लेजर फील्ड गैस में इलेक्ट्रॉनों को प्रेरित करता है, तरंगों के अनुरूप, उनके माता -पिता परमाणुओं से दूर और फिर उन्हें वापस खींचता है। हर बार एक इलेक्ट्रॉन परमाणु में लौटता है, यह एक उच्च आवृत्ति के साथ एक नए लेजर बीम का उत्सर्जन करता है, अधिक जटिल लहर पैटर्न के लिए।

फ़िल्टरिंग और फोकसिंग:

इन सभी नए उत्पन्न लेजर बीम को मिलाकर विभिन्न रंगों (आवृत्तियों या तरंग दैर्ध्य) का एक स्पेक्ट्रम प्राप्त होता है, जिनमें से कुछ एटोसेकंड लेजर का गठन करते हैं। विशिष्ट रिपल आकार और आवृत्तियों को अलग करने के लिए, आप एक विशेष फ़िल्टर को नियोजित कर सकते हैं, वांछित लहरों का चयन करने के लिए, और एक विशिष्ट क्षेत्र पर ध्यान केंद्रित करने के लिए एक आवर्धक कांच को नियोजित कर सकते हैं।

पल्स संपीड़न (यदि आवश्यक हो):

यदि आप तेजी से और कम तरंगों को प्रचारित करने का लक्ष्य रखते हैं, तो आप एक विशेष उपकरण का उपयोग करके उनके प्रसार को तेज कर सकते हैं, प्रत्येक रिपल के समय तक समय को कम कर सकते हैं। AttoSecond लेज़रों की पीढ़ी में प्रक्रियाओं का एक जटिल अंतर शामिल है। हालांकि, जब टूट गया और कल्पना की जाती है, तो यह अधिक समझ में आता है।