2023-يىلى 10-ئاينىڭ 3-كۈنى كەچتە ئۆتكۈزۈلگەن نوبېل فىزىكا مۇكاپاتىنىڭ 2023-يىلدىكى نوبېل مۇكاپاتى ئېلان قىلىندى ، ئاتسېكوند لازېر تېخنىكىسى ساھەسىدە باشلامچى سۈپىتىدە مۇھىم رول ئوينىغان ئۈچ ئالىمنىڭ كۆرۈنەرلىك تۆھپىسى تەقدىرلەندى.

«ئاتسېكوند لازېر» دېگەن بۇ سۆز ئۇنىڭ نامىنى ئۆزى ئىشلەۋاتقان ئاجايىپ قىسقا ۋاقىت دەۋرىدىن كەلگەن ، بولۇپمۇ ئاتسېكون سېكۇنت تەرتىپىدە ، 10 ^ -18 سېكۇنت. بۇ تېخنىكىنىڭ چوڭقۇر ئەھمىيىتىنى چۈشىنىش ئۈچۈن ، ئاتۇشنىڭ نېمىدىن دېرەك بېرىدىغانلىقىنى نېگىزلىك چۈشىنىش ھەممىدىن مۇھىم. ئاتۇش سېكۇنت ھەددىدىن زىيادە مىنۇت بىرلىكى بولۇپ ، بىر سېكۇنت ئىچىدە تېخىمۇ كەڭ دائىرىدە سېكۇنتنىڭ مىلياردتىن بىر قىسمىنى تەشكىل قىلىدۇ. بۇنى كۆزدە تۇتقاندا ، ئەگەر بىز بىر سېكۇنتنى ئېگىز تاغقا ئوخشىتماقچى بولساق ، ئاتۇش سېكۇنت تاغنىڭ ئۇلىغا جايلاشقان بىر تال قۇم دانچىسىغا ئوخشايدۇ. بۇ ۋاقىتلىق ۋاقىتلىق ئارىلىقتا ، ھەتتا نۇر يەككە ئاتومنىڭ چوڭ-كىچىكلىكىگە باراۋەر ئارىلىقنى ئاران بېسىپ ئۆتەلەيدۇ. ئالىملار ئاتسېكوند لازېردىن پايدىلىنىپ ، ئاتوم قۇرۇلمىسى ئىچىدىكى ئېلېكترونلارنىڭ مۇرەككەپ ھەرىكەتچانلىقىنى تەكشۈرۈش ۋە كونترول قىلىشتا مىسلى كۆرۈلمىگەن ئىقتىدارغا ئېرىشىدۇ ، بۇ كىنو تەرتىپىدە رامكا ئارقىلىق ئاستا-ئاستا ھەرىكەتلىنىشكە ئوخشايدۇ ، بۇ ئارقىلىق ئۇلارنىڭ ئۆز-ئارا تەسىر كۆرسىتىشى مۇمكىن.

Attosecond lasersئالىملارنىڭ ئۇلترا بىنەپشە نۇرلۇق لازېر ياساشتىكى سىزىقسىز ئوپتىكا پرىنسىپىنى قوللانغان كەڭ دائىرىلىك تەتقىقات ۋە ئورتاق تىرىشچانلىقنىڭ يۇقىرى پەللىسىگە ۋەكىللىك قىلىدۇ. ئۇلارنىڭ بارلىققا كېلىشى بىزنى قاتتىق ماتېرىياللاردىكى ئاتوم ، مولېكۇلا ، ھەتتا ئېلېكترون ئىچىدە ھەرىكەتلىنىدىغان ھەرىكەتچان جەريانلارنى كۆزىتىش ۋە تەتقىق قىلىش ئۈچۈن يېڭىلىق يارىتىش نۇقتىسى بىلەن تەمىنلىدى.

ئاتسېكون لازېرنىڭ ماھىيىتىنى ئايدىڭلاشتۇرۇش ۋە ئۇلارنىڭ ئادەتتىكى لازېرلارغا سېلىشتۇرغاندا ئۇلارنىڭ ئادەتتىن تاشقىرى ئالاھىدىلىكلىرىنى قەدىرلەش ئۈچۈن ، ئۇلارنىڭ تېخىمۇ كەڭ «لازېر ئائىلىسى» ئىچىدىكى تۈرگە ئايرىش ئۈستىدە ئىزدىنىش تولىمۇ مۇھىم. دولقۇن ئۇزۇنلۇقىغا ئاساسەن ئاتسېكوند لازېرلىرى ئۇلترا بىنەپشە نۇردىن يۇمشاق X نۇر چاستوتىسى دائىرىسىدە بولۇپ ، ئۇلارنىڭ ئادەتتىكى لازېرلارغا سېلىشتۇرغاندا دولقۇن ئۇزۇنلۇقىنىڭ كۆرۈنەرلىك قىسقا بولىدىغانلىقىنى بىلدۈرىدۇ. چىقىرىش شەكلى جەھەتتە ، ئاتسېكوند لازېر تومۇر سوقۇلغان لازېر تۈرىگە كىرىدۇ ، ئۇلارنىڭ تومۇرنىڭ ئۇزۇنلۇقى ئىنتايىن قىسقا. سۈزۈكلۈككە ئوخشىتىش ئۈچۈن ، ئۇدا دولقۇن لازېرنى ئۇدا يورۇتۇش چىرىغىغا ئوخشاش تەسەۋۋۇر قىلالايدۇ ، تومۇر سوقۇلغان لازېر نۇرلۇق نۇرغا ئوخشايدۇ ، يورۇتۇش بىلەن قاراڭغۇلۇق دەۋرى ئارىسىدا تېز ئالمىشىدۇ. ماھىيەتتە ، ئاتسېكوند لازېرلىرى يورۇتۇش ۋە قاراڭغۇلۇق ئىچىدە لەرزان ھەرىكەتنى نامايان قىلىدۇ ، شۇنداقتىمۇ ئۇلارنىڭ ئىككى دۆلەت ئوتتۇرىسىدىكى ئۆتكۈنچى دەۋرى كىشىنى ھەيران قالدۇرىدىغان چاستوتادا ئۆزگىرىپ ، ئاتسېكوند دائىرىسىگە يېتىدۇ.

توك ئارقىلىق يەنىمۇ تۈرگە ئايرىش لازېرنى تۆۋەن قۇۋۋەتلىك ، ئوتتۇرا قۇۋۋەتلىك ۋە يۇقىرى قۇۋۋەتلىك تىرناققا قويىدۇ. ئاتسېكوند لازېرلىرى تومۇرنىڭ قىسقا ۋاقىت داۋاملىشىشى سەۋەبىدىن يۇقىرى چوققا قۇۋۋەتكە ئېرىشىدۇ ، نەتىجىدە كۆرۈنەرلىك چوققا قۇۋۋەت (P) ھاسىل بولىدۇ - ھەر بىر ۋاقىتتىكى ئېنېرگىيەنىڭ كۈچلۈكلۈك دەرىجىسى (P = W / t). گەرچە يەككە ئاتسېكوندلىق لازېر تومۇرى ئالاھىدە چوڭ ئېنېرگىيىگە ئىگە بولالمىسىمۇ ، ئەمما ئۇلارنىڭ قىسقارتىلغان ۋاقىتلىق دائىرىسى (t) يۇقىرى پەللە كۈچى بىلەن تەمىنلەيدۇ.

قوللىنىشچان دائىرە جەھەتتە ، لازېر سانائەت ، داۋالاش ۋە ئىلمىي قوللىنىشچان پروگراممىلارنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ. ئاتۇش سېكۇنت لازېرلىرى ئاساسلىقى ئىلىم-پەن تەتقىقاتى دائىرىسىدە ئۆز ئورنىنى تاپالايدۇ ، بولۇپمۇ فىزىكا ۋە خىمىيىلىك ساھەدە تېز تەرەققىي قىلىۋاتقان ھادىسىلەرنى تەتقىق قىلىش ئارقىلىق ، مىكرو ئالەم دۇنياسىنىڭ تېز ھەرىكەتچان جەريانلىرىغا كۆزنەك بىلەن تەمىنلەيدۇ.

لازېرلىق ۋاسىتە ئارقىلىق تۈرگە ئايرىش لازېرنى گاز لازېر ، قاتتىق ھالەتتىكى لازېر ، سۇيۇق لازېر ۋە يېرىم ئۆتكۈزگۈچ لازېر دەپ بەلگىلەيدۇ. بىر ئەۋلاد ئاتسېكوند لازېر ئادەتتە گاز لازېر مېدىياسىغا تايىنىدۇ ، سىزىقسىز ئوپتىكىلىق ئۈنۈمنى ئىشلىتىپ ، يۇقىرى تەرتىپلىك گارمون ھاسىل قىلىدۇ.

خۇلاسىلەپ ئېيتقاندا ، ئاتسېكوند لازېرلىرى قىسقا تومۇر لازېرلىرىنىڭ ئۆزگىچە تۈرىنى تەشكىل قىلىدۇ ، ئۇلارنىڭ پەۋقۇلئاددە قىسقا تومۇرنىڭ ئۇزۇنلۇقى بىلەن پەرقلىنىدۇ ، ئادەتتە ئاتسېكۇنتتا ئۆلچىنىدۇ. نەتىجىدە ئۇلار ئېلېكترونلارنىڭ ئاتوم ، مولېكۇلا ۋە قاتتىق ماتېرىياللار ئىچىدىكى ئۇلترا بىنەپشە نۇرلۇق ھەرىكەت جەريانىنى كۆزىتىش ۋە كونترول قىلىشتا كەم بولسا بولمايدىغان قورالغا ئايلاندى.

ئاتۇش سېكۇنت لازېر ئەۋلادلىرىنىڭ تەپسىلىي جەريانى

ئاتوسېكوند لازېر تېخنىكىسى ئىلمىي يېڭىلىق يارىتىشنىڭ ئالدىنقى سېپىدە تۇرۇپ ، ئۇنىڭ ئەۋلادلىرى ئۈچۈن كىشىنى ھەيران قالدۇرىدىغان بىر قاتار شارائىتلار بىلەن ماختىنىدۇ. ئاتسېكوند لازېر ئەۋلادلىرىنىڭ مۇرەككەپلىكىنى ئايدىڭلاشتۇرۇش ئۈچۈن ، بىز ئۇنىڭ ئاساسىي پرىنسىپلىرىنى ئىخچام ئاشكارىلاشتىن باشلايمىز ، ئۇنىڭدىن كېيىن كۈندىلىك تەجرىبىلەردىن ھاسىل بولغان جانلىق مېتافورلار بار. مۇناسىۋەتلىك فىزىكانىڭ ئىنچىكە ھالقىلىرىدا ئېچىلغان ئوقۇرمەنلەر ئۈمىدسىزلىنىشنىڭ ھاجىتى يوق ، چۈنكى كېيىنكى مېتافورلار ئاتسېكوند لازېرنىڭ ئاساسى فىزىكىسىنى زىيارەت قىلىشنى مەقسەت قىلىدۇ.

ئاتسېكوند لازېرنىڭ ئەۋلاد جەريانى ئاساسلىقى يۇقىرى گارمون ئەۋلاد (HHG) دەپ ئاتالغان تېخنىكىغا تايىنىدۇ. بىرىنچىدىن ، يۇقىرى سىجىللىقتىكى فوموسېكوند (10 ^ -15 سېكۇنت) لازېر تومۇرىنىڭ لامپىسى گازلىق نىشان ماتېرىيالغا مەھكەم مەركەزلەشكەن. دىققەت قىلىشقا ئەرزىيدىغىنى شۇكى ، ئاتموسفېرالىق لازېرغا ئوخشاش ئاياللار فوكۇس سېكۇنتلۇق لازېر قىسقا تومۇرنىڭ ئۇزۇنلۇقى ۋە يۇقىرى چوققا كۈچىگە ئىگە بولۇش ئالاھىدىلىكىگە ئىگە. كۈچلۈك لازېر مەيدانىنىڭ تەسىرىدە ، گاز ئاتوملىرى ئىچىدىكى ئېلېكترونلار ئاتوم يادروسىدىن بىر ئاز قۇتۇلۇپ ، ۋاقىتلىق ئېلېكترون ھالىتىگە كىرىدۇ. بۇ ئېلېكترونلار لازېر مەيدانىغا قارىتا تەۋرىنىپ تۇرغاندا ، ئۇلار ئاخىرى قايتىپ كېلىپ ، ئاتا-ئانىسىنىڭ ئاتوم يادروسى بىلەن قايتا ھاسىل بولۇپ ، يېڭى يۇقىرى ئېنېرگىيىلىك ھالەتلەرنى بارلىققا كەلتۈرىدۇ.

بۇ جەرياندا ئېلېكترونلار ئىنتايىن يۇقىرى سۈرئەتتە ھەرىكەت قىلىدۇ ، ئاتوم يادروسى بىلەن قايتا ھاسىل بولغاندا ، ئۇلار يۇقىرى گارمون قويۇپ بېرىش شەكلىدە قوشۇمچە ئېنېرگىيە قويۇپ بېرىدۇ ، بۇ يۇقىرى ئېنېرگىيىلىك فوتون سۈپىتىدە ئىپادىلىنىدۇ.

بۇ يېڭىدىن بارلىققا كەلگەن يۇقىرى ئېنېرگىيىلىك فوتونلارنىڭ چاستوتىسى ئەسلىدىكى لازېر چاستوتىسىنىڭ پۈتۈن سان بولۇپ ، يۇقىرى تەرتىپلىك گارمون دەپ ئاتىلىدىغان نەرسىنى شەكىللەندۈرىدۇ ، بۇ يەردە «گارمون» ئەسلى چاستوتىنىڭ كەم بولسا بولمايدىغان كۆپ چاستوتىسىنى كۆرسىتىدۇ. ئاتسېكون لازېرغا ئېرىشىش ئۈچۈن ، بۇ يۇقىرى تەرتىپلىك گارمونلارنى سۈزۈپ ۋە مەركەزلەشتۈرۈپ ، كونكرېت گارموننى تاللاپ ، ئۇلارنى فوكۇس نۇقتىسىغا مەركەزلەشتۈرۈش زۆرۈر بولۇپ قالىدۇ. ئەگەر خالىسا ، تومۇرنى قىسىش تېخنىكىسى تومۇرنىڭ داۋاملىشىش ۋاقتىنى تېخىمۇ قىسقارتىپ ، ئاتسېكوند ئارىلىقىدا دەرىجىدىن تاشقىرى قىسقا تومۇر ھاسىل قىلىدۇ. ئېنىقكى ، بىر ئەۋلاد ئاتسېكوند لازېرلىرى مۇرەككەپ ۋە كۆپ تەرەپلىمىلىك جەرياننى تەشكىل قىلىپ ، يۇقىرى دەرىجىدىكى تېخنىكىلىق قابىلىيەت ۋە ئالاھىدە ئۈسكۈنىلەرنى تەلەپ قىلىدۇ.

بۇ مۇرەككەپ جەرياننى نامايەن قىلىش ئۈچۈن ، بىز كۈندىلىك سىنارىيەلەرنى ئاساس قىلغان مېتافورالىق پاراللېل بىلەن تەمىنلەيمىز:

يۇقىرى زىچلىقتىكى Femtosecond لازېرلىق تومۇر:

پەۋقۇلئاددە كۈچلۈك كاتوپولغا ئىگە بولۇشنى تەسەۋۋۇر قىلىپ ، تېز سۈرئەتتە تاشنى تېز سۈرئەتتە تاشلىيالايدۇ ، بۇ يۇقىرى كۈچلۈكلۈكتىكى فوسېك سېكۇنتلۇق لازېر تومۇرنىڭ رولىنى ئوينايدۇ.

گازلىق نىشان ماتېرىيالى:

ھەر بىر تامچە سۇ سانسىزلىغان گاز ئاتوملىرىغا ۋەكىللىك قىلىدىغان گازلىق نىشان ماتېرىيالىغا سىمۋول قىلىنغان تىنىچ سۇنى تەسۋىرلەڭ. بۇ سۇنىڭ تېنىگە تاش ئىتتىرىش ھەرىكىتى ئوخشاشلا يۇقىرى سىجىللىقتىكى ئاياللار فوكۇس سېكۇنتلۇق لازېر تومۇرىنىڭ گاز نىشان ماتېرىيالىغا كۆرسەتكەن تەسىرىنى ئەينەك قىلىدۇ.

ئېلېكترون ھەرىكىتى ۋە قايتا تەشكىللەش (فىزىكىلىق جەھەتتىن ئۆتۈش):

ئاياللاردىكى لازېر تومۇرى گاز نىشان نىشانى ئىچىدىكى گاز ئاتوملىرىغا تەسىر قىلغاندا ، زور ساندىكى تاشقى ئېلېكترونلار ئۆز ئاتوم يادروسىدىن ئايرىلغان ھالەتكە كېلىپ ، پلازماغا ئوخشاش ھالەتنى شەكىللەندۈرىدۇ. سىستېمىنىڭ ئېنىرگىيىسى كېيىن تۆۋەنلىگەنلىكتىن (لازېر تومۇرلىرى ئەسلىدىنلا تومۇر سوقۇلۇپ ، توختاپ قېلىش ئارىلىقى بار بولغاچقا) ، بۇ تاشقى ئېلېكترونلار ئاتوم يادروسىغا يېقىنلىشىپ ، يۇقىرى ئېنېرگىيىلىك فوتون قويۇپ بېرىدۇ.

يۇقىرى ئىناقلىق ئەۋلاد:

ھەر قېتىم سۇ تامچىسى كۆل يۈزىگە قايتىپ كەلگەندە تەسەۋۋۇر قىلىپ بېقىڭ ، ئۇ ئاتسېكوند لازېردىكى يۇقىرى گارمونغا ئوخشاش دولقۇن پەيدا قىلىدۇ. بۇ دولقۇنلارنىڭ چاستوتىسى ۋە ئامپلىتسىيەسى دەسلەپكى ئاياللار فوكۇس سېكۇنتلۇق لازېر تومۇرى كەلتۈرۈپ چىقارغان ئەسلى دولقۇنغا قارىغاندا يۇقىرى بولىدۇ. HHG جەريانىدا ، توختىماي تاشلاشقا ئوخشاش كۈچلۈك لازېر نۇرى ، كۆل يۈزىگە ئوخشايدىغان گاز نىشانىنى يورۇتۇپ بېرىدۇ. بۇ كۈچلۈك لازېر مەيدانى ئېلېكتروننى گازدا ئىتتىرىدۇ ، تەۋرىنىشكە ئوخشايدۇ ، ئۇلارنىڭ ئاتا-ئانىسىدىن يىراقلاپ ئاندىن ئۇلارنى تارتىپ چىقىرىدۇ. ھەر قېتىم ئېلېكترون ئاتومغا قايتىپ كەلگەندە ، تېخىمۇ يۇقىرى چاستوتىلىق يېڭى لازېر نۇرى تارقىتىدۇ ، بۇ تېخىمۇ مۇرەككەپ تەۋرىنىش ئەندىزىسىگە ئوخشايدۇ.

سۈزۈش ۋە فوكۇس توغرىلاش:

يېڭىدىن بارلىققا كەلگەن بۇ لازېر نۇرىنىڭ ھەممىسىنى بىرلەشتۈرگەندە ھەر خىل رەڭلەر (چاستوتا ياكى دولقۇن ئۇزۇنلۇقى) سپېكترى ھاسىل قىلىدۇ ، ئۇلارنىڭ بەزىلىرى ئاتسېكوند لازېرنى تەشكىل قىلىدۇ. ئالاھىدە تەۋرىنىشنىڭ چوڭ-كىچىكلىكى ۋە چاستوتىسىنى ئايرىۋېتىش ئۈچۈن ، سىز مەخسۇس سۈزگۈچ ئىشلىتىپ ، كۆڭۈلدىكىدەك تەۋرىنىشنى تاللىيالايسىز ۋە چوڭايتىش ئەينىكى ئىشلىتىپ ئۇلارنى مەلۇم رايونغا مەركەزلەشتۈرەلەيسىز.

تومۇرنى قىسىش (زۆرۈر تېپىلغاندا):

ئەگەر سىز دولقۇننى تېخىمۇ تېز ۋە قىسقا تەشۋىق قىلىشنى ئويلىسىڭىز ، مەخسۇس ئۈسكۈنىدىن پايدىلىنىپ ئۇلارنىڭ تارقىلىشىنى تېزلەتسىڭىز ، ھەر بىر دولقۇننىڭ داۋاملىشىش ۋاقتىنى قىسقارتالايسىز. ئاتسېكوند لازېرنىڭ ئەۋلادلىرى مۇرەككەپ جەريانلارنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ. قانداقلا بولمىسۇن ، پارچىلىنىپ ۋە تەسۋىرلەنگەندە ، ئۇ تېخىمۇ چۈشىنىشلىك بولىدۇ.