2023-يىلى 10-ئاينىڭ 3-كۈنى كەچتە ئۆتكۈزۈلگەن مۇھىم بىر ئېلاندا، 2023-يىللىق فىزىكا نوبېل مۇكاپاتى ئېلان قىلىندى، بۇ مۇكاپات ئاتتوسېكۇند لازېر تېخنىكىسى ساھەسىدە مۇھىم رول ئوينىغان ئۈچ ئالىمنىڭ كۆزگە كۆرۈنەرلىك تۆھپىسىنى تەقدىرلىدى.

«ئاتتوسېكۇند لازېرى» دېگەن سۆز ئۇنىڭ نامىنى ئۇنىڭ ئىشلەيدىغان ئىنتايىن قىسقا ۋاقىت ئۆلچىمىدىن، بولۇپمۇ ئاتتوسېكۇند تەرتىپى بويىچە، 10^-18 سېكۇنتقا تەڭ كېلىدىغان ۋاقىتتىن ئالغان. بۇ تېخنىكىنىڭ چوڭقۇر ئەھمىيىتىنى چۈشىنىش ئۈچۈن، ئاتتوسېكۇندنىڭ نېمىنى بىلدۈرىدىغانلىقىنى ئاساسىي جەھەتتىن چۈشىنىش ئەڭ مۇھىم. ئاتتوسېكۇند ئىنتايىن مىنۇتلۇق ۋاقىت بىرلىكى بولۇپ، بىر سېكۇنتنىڭ كەڭ دائىرىدە بىر سېكۇنتنىڭ مىلياردتىن بىرىنى تەشكىل قىلىدۇ. بۇنى چۈشىنىش ئۈچۈن، ئەگەر بىر سېكۇنتنى ئېگىز تاغقا ئوخشىتساق، ئاتتوسېكۇند تاغنىڭ ئېتىكىگە قويۇلغان بىر پارچە قۇمغا ئوخشايدۇ. بۇ قىسقا ۋاقىت ئىچىدە، ھەتتا نۇرمۇ يەككە ئاتومنىڭ چوڭلۇقىدىكى ئارىلىقنى ئاران بېسىپ ئۆتەلەيدۇ. ئاتتوسېكۇند لازېرلىرىنى ئىشلىتىش ئارقىلىق، ئالىملار ئاتوم قۇرۇلمىسىدىكى ئېلېكترونلارنىڭ مۇرەككەپ دىنامىكىسىنى تەكشۈرۈش ۋە باشقۇرۇش ئىقتىدارىغا ئېرىشىدۇ، بۇ كىنو تەرتىپىدە رامكا-رامكا ئاستا ھەرىكەتلىك قايتا كۆرسىتىشكە ئوخشايدۇ، شۇنىڭ بىلەن ئۇلارنىڭ ئۆزئارا تەسىرىنى چوڭقۇر تەتقىق قىلىدۇ.

ئاتتوسېكۇند لازېرلىرىبۇ ئالىملارنىڭ كەڭ كۆلەملىك تەتقىقاتى ۋە بىرلىكتە تىرىشچانلىقىنىڭ نەتىجىسى بولۇپ، ئۇلار سىزىقسىز ئوپتىكىنىڭ پىرىنسىپلىرىنى قوللىنىپ، ئۇلترا تېز لازېرلارنى ياسىغان. ئۇلارنىڭ بارلىققا كېلىشى بىزگە قاتتىق ماددىلاردىكى ئاتوملار، مولېكۇلالار ۋە ھەتتا ئېلېكترونلار ئىچىدە يۈز بېرىۋاتقان دىنامىك جەريانلارنى كۆزىتىش ۋە تەكشۈرۈش ئۈچۈن يېڭىلىق يارىتىش نۇقتىسى بىلەن تەمىنلىدى.

ئاتتوسېكۇند لازېرلىرىنىڭ تەبىئىتىنى چۈشەندۈرۈش ۋە ئۇلارنىڭ ئەنئەنىۋى لازېرلارغا سېلىشتۇرغاندا ئادەتتىن تاشقىرى خۇسۇسىيەتلىرىنى چۈشىنىش ئۈچۈن، ئۇلارنىڭ كەڭ دائىرىلىك «لازېر ئائىلىسى» ئىچىدە تۈرگە ئايرىلىشىنى تەكشۈرۈش تولىمۇ مۇھىم. دولقۇن ئۇزۇنلۇقى بويىچە تۈرگە ئايرىش ئاتتوسېكۇند لازېرلىرىنى ئاساسلىقى ئۇلترابىنەفشە نۇر چاستوتىسىدىن يۇمشاق رېنتىگېن نۇرى چاستوتىسىغىچە بولغان دائىرىگە قويىدۇ، بۇ ئۇلارنىڭ ئەنئەنىۋى لازېرلارغا سېلىشتۇرغاندا دولقۇن ئۇزۇنلۇقىنىڭ كۆرۈنەرلىك قىسقا ئىكەنلىكىنى كۆرسىتىدۇ. چىقىرىش ھالىتى جەھەتتىن ئېيتقاندا، ئاتتوسېكۇند لازېرلىرى ئىمپۇلسلۇق لازېرلار تۈرىگە كىرىدۇ، ئۇلارنىڭ ئىمپۇلس ۋاقتى ئىنتايىن قىسقا. ئېنىقلىق ئۈچۈن ئوخشىتىش ئۈچۈن، ئۈزلۈكسىز دولقۇنلۇق لازېرلارنى ئۈزلۈكسىز نۇر چىقىرىدىغان قول چىرىغىغا ئوخشاش تەسەۋۋۇر قىلغىلى بولىدۇ، ئىمپۇلسلۇق لازېرلار بولسا يورۇقلۇق ۋە قاراڭغۇلۇق مەزگىللىرى ئارىسىدا تېز سۈرئەتتە ئالمىشىپ تۇرىدىغان ستروب نۇرىغا ئوخشايدۇ. ئەمەلىيەتتە، ئاتتوسېكۇند لازېرلىرى يورۇقلۇق ۋە قاراڭغۇلۇق ئىچىدە پۇلسلاش خاراكتېرىنى نامايان قىلىدۇ، ئەمما ئۇلارنىڭ ئىككى ھالەت ئوتتۇرىسىدىكى ئۆتكۈنچى ئۆزگىرىشى ھەيران قالارلىق چاستوتا بىلەن ئاتتوسېكۇند دائىرىسىگە يېتىدۇ.

قۇۋۋەت بويىچە تېخىمۇ كۆپ تۈرگە ئايرىش لازېرلارنى تۆۋەن قۇۋۋەتلىك، ئوتتۇرا قۇۋۋەتلىك ۋە يۇقىرى قۇۋۋەتلىك دەپ ئايرىيدۇ. ئاتتوسېكۇند لازېرلىرى ئىمپۇلس ۋاقتىنىڭ ئىنتايىن قىسقا بولۇشى سەۋەبىدىن يۇقىرى چوققا قۇۋۋىتىگە ئېرىشىدۇ، نەتىجىدە چوققا قۇۋۋىتى (P) روشەن بولىدۇ - بۇ بىرلىك ۋاقىتتىكى ئېنېرگىيەنىڭ كۈچلۈكلۈكى دەپ بەلگىلىنىدۇ (P=W/t). ھەر بىر ئاتتوسېكۇند لازېر ئىمپۇلسلىرى ئالاھىدە چوڭ ئېنېرگىيەگە (W) ئىگە بولمىسىمۇ، ئۇلارنىڭ قىسقارتىلغان ۋاقىت دائىرىسى (t) ئۇلارغا يۇقىرى چوققا قۇۋۋىتى بېرىدۇ.

قوللىنىش دائىرىسى جەھەتتىن ئېيتقاندا، لازېرلار سانائەت، داۋالاش ۋە ئىلمىي قوللىنىش دائىرىسىنى ئۆز ئىچىگە ئالغان كەڭ دائىرىنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ. ئاتتوسېكۇند لازېرلىرى ئاساسلىقى ئىلمىي تەتقىقات ساھەسىدە، بولۇپمۇ فىزىكا ۋە خىمىيە ساھەلىرىدىكى تېز تەرەققىي قىلىۋاتقان ھادىسىلەرنى تەكشۈرۈشتە ئۆز ئورنىنى تاپىدۇ، بۇ مىكرو ئالەم بوشلۇقىنىڭ تېز سۈرئەتلىك دىنامىك جەريانلىرىغا كۆزەتكۈچ ئاچىدۇ.

لازېر ۋاسىتىسى بويىچە تۈرگە ئايرىش لازېرلارنى گاز لازېرلىرى، قاتتىق ھالەتلىك لازېرلار، سۇيۇق لازېرلار ۋە يېرىم ئۆتكۈزگۈچ لازېرلار دەپ ئايرىيدۇ. ئاتتوسېكۇند لازېرلىرىنىڭ ھاسىل بولۇشى ئادەتتە گاز لازېر ۋاسىتىسىگە باغلىق بولۇپ، سىزىقسىز ئوپتىكىلىق ئۈنۈمدىن پايدىلىنىپ يۇقىرى دەرىجىلىك گارمونىكلارنى ھاسىل قىلىدۇ.

قىسقىسى، ئاتتوسېكۇند لازېرلىرى قىسقا ئىمپۇلسلىق لازېرلارنىڭ ئۆزگىچە بىر تۈرىنى تەشكىل قىلىدۇ، ئۇلار ئادەتتە ئاتتوسېكۇند بىلەن ئۆلچەنىدىغان ئىنتايىن قىسقا ئىمپۇلس ۋاقتى بىلەن پەرقلىنىدۇ. نەتىجىدە، ئۇلار ئاتوم، مولېكۇلا ۋە قاتتىق ماددىلار ئىچىدىكى ئېلېكترونلارنىڭ ئىنتايىن تېز دىنامىك جەريانلىرىنى كۆزىتىش ۋە كونترول قىلىش ئۈچۈن مۇھىم قورالغا ئايلاندى.

ئاتتوسېكۇند لازېر ئىشلەپچىقىرىشنىڭ تەپسىلىي جەريانى

ئاتتوسېكۇند لازېر تېخنىكىسى ئىلمىي يېڭىلىق يارىتىشنىڭ ئالدىنقى سېپىدە تۇرۇپ، ئۇنى ئىشلەپچىقىرىش ئۈچۈن قىزىقارلىق دەرىجىدە قاتتىق شەرتلەرنى ھازىرلىغان. ئاتتوسېكۇند لازېر ئىشلەپچىقىرىشنىڭ مۇرەككەپلىكىنى چۈشەندۈرۈش ئۈچۈن، بىز ئۇنىڭ ئاساسىي پىرىنسىپلىرىنى قىسقىچە چۈشەندۈرۈشتىن باشلايمىز، ئاندىن كۈندىلىك تەجرىبىلەردىن ئېلىنغان جانلىق مېتافورالارنى كەلتۈرىمىز. مۇناسىۋەتلىك فىزىكىنىڭ مۇرەككەپلىكىنى بىلىدىغان ئوقۇرمەنلەر ئۈمىدسىزلەنمەسلىكى كېرەك، چۈنكى كېيىنكى مېتافورالار ئاتتوسېكۇند لازېرلىرىنىڭ ئاساسىي فىزىكىسىنى چۈشىنىشكە ياردەم بېرىشنى مەقسەت قىلىدۇ.

ئاتتوسېكۇند لازېرلىرىنىڭ ھاسىل قىلىش جەريانى ئاساسلىقى يۇقىرى گارمونىك ھاسىل قىلىش (HHG) دەپ ئاتىلىدىغان تېخنىكىغا تايىنىدۇ. بىرىنچىدىن، يۇقىرى كۈچلۈكلۈكتىكى فېمتوسېكۇند (10^-15 سېكۇنت) لازېر ئىمپۇلس نۇرى گاز ھالىتىدىكى نىشان ماتېرىيالىغا زىچ مەركەزلەشتۈرۈلىدۇ. شۇنىڭغا دىققەت قىلىشقا ئەرزىيدىغىنى شۇكى، ئاتتوسېكۇند لازېرلىرىغا ئوخشاش فېمتوسېكۇند لازېرلىرى قىسقا ئىمپۇلس ۋاقتى ۋە يۇقىرى چوققا قۇۋۋىتىگە ئىگە بولۇش خۇسۇسىيىتىگە ئىگە. كۈچلۈك لازېر مەيدانىنىڭ تەسىرىدە، گاز ئاتوملىرى ئىچىدىكى ئېلېكترونلار ۋاقىتلىق ئاتوم يادروسىدىن ئايرىلىپ، ۋاقىتلىق ئەركىن ئېلېكترون ھالىتىگە كىرىدۇ. بۇ ئېلېكترونلار لازېر مەيدانىغا ئىنكاس قايتۇرۇپ تەۋرىنىپ تۇرغاندا، ئاخىرىدا ئۆزلىرىنىڭ ئاتا ئاتوم يادروسىغا قايتىپ كېلىپ، ئۇلار بىلەن قايتا بىرىكىدۇ، يېڭى يۇقىرى ئېنېرگىيە ھالىتىنى ھاسىل قىلىدۇ.

بۇ جەرياندا، ئېلېكترونلار ئىنتايىن يۇقىرى سۈرئەت بىلەن ھەرىكەت قىلىدۇ، ھەمدە ئاتوم يادروسى بىلەن قايتا بىرىككەندە، ئۇلار يۇقىرى گارمونىك قويۇپ بېرىش شەكلىدە قوشۇمچە ئېنېرگىيە قويۇپ بېرىدۇ، بۇ يۇقىرى ئېنېرگىيەلىك فوتونلار شەكلىدە ئىپادىلىنىدۇ.

بۇ يېڭى ھاسىل قىلىنغان يۇقىرى ئېنېرگىيىلىك فوتونلارنىڭ چاستوتىسى ئەسلى لازېر چاستوتىسىنىڭ پۈتۈن سان كۆپەيتىلگەن سانى بولۇپ، يۇقىرى دەرىجىلىك گارمونىك دەپ ئاتىلىدىغان نەرسىنى شەكىللەندۈرىدۇ، بۇ يەردە «گارمونىك» ئەسلى چاستوتىنىڭ پۈتۈن كۆپەيتىلگەن سانى بولغان چاستوتىلارنى كۆرسىتىدۇ. ئاتتوسېكۇند لازېرلىرىغا ئېرىشىش ئۈچۈن، بۇ يۇقىرى دەرىجىلىك گارمونىكلارنى سۈزۈپ مەركەزلەشتۈرۈش، مەخسۇس گارمونىكلارنى تاللاپ، ئۇلارنى مەركەزلىك نۇقتىغا مەركەزلەشتۈرۈش زۆرۈر بولىدۇ. ئەگەر ئېھتىياجلىق بولسا، ئىمپۇلس سىقىش تېخنىكىسى ئىمپۇلسنىڭ ئۇزۇنلۇقىنى تېخىمۇ قىسقارتىپ، ئاتتوسېكۇند دائىرىسىدە ئىنتايىن قىسقا ئىمپۇلسلارنى ھاسىل قىلالايدۇ. ئېنىقكى، ئاتتوسېكۇند لازېرلىرىنى ئىشلەپچىقىرىش مۇرەككەپ ۋە كۆپ قىرلىق جەريان بولۇپ، يۇقىرى دەرىجىلىك تېخنىكىلىق ماھارەت ۋە ئالاھىدە ئۈسكۈنىلەرنى تەلەپ قىلىدۇ.

بۇ مۇرەككەپ جەرياننىڭ سىرلىرىنى چۈشەندۈرۈش ئۈچۈن، بىز كۈندىلىك تۇرمۇشتىكى ئەھۋاللارغا ئاساسلانغان مېتافورالىق پاراللېلنى سۇنىمىز:

يۇقىرى ئىنتېنسىۋلىق فېمتوسېكۇند لازېر ئىمپۇلسلىرى:

يۇقىرى كۈچلۈك فېمتوسېكۇندلۇق لازېر ئىمپۇلسلىرىنىڭ رولىغا ئوخشاش، تاشلارنى دەرھال غايەت زور سۈرئەتتە ئېتىۋېتەلەيدىغان ئالاھىدە كۈچلۈك بىر كاتاپولتقا ئىگە بولۇشنى تەسەۋۋۇر قىلىپ بېقىڭ.

گاز شەكىللىك نىشان ماتېرىيالى:

گازلىق نىشان ماتېرىيالىنىڭ سىمۋولى بولغان تىنچ سۇ مەنبەسىنى تەسەۋۋۇر قىلىپ بېقىڭ، بۇ يەردە ھەر بىر تامچە سۇ سانسىز گاز ئاتوملىرىنى ئىپادىلەيدۇ. بۇ سۇ مەنبەسىگە تاشلارنى ئىتتىرىش ھەرىكىتى يۇقىرى كۈچلۈك فېمتوسېكۇندلۇق لازېر ئىمپۇلسلىرىنىڭ گازلىق نىشان ماتېرىيالىغا بولغان تەسىرىگە ئوخشايدۇ.

ئېلېكترون ھەرىكىتى ۋە قايتا بىرىكمە (فىزىكىلىق جەھەتتىن ئۆتكۈنچى دەپ ئاتىلىدۇ):

فېمتوسېكۇند لازېر ئىمپۇلسلىرى گاز ھالىتىدىكى نىشان ماتېرىيالى ئىچىدىكى گاز ئاتوملىرىغا تەسىر قىلغاندا، نۇرغۇن تاشقى ئېلېكترونلار ۋاقىتلىق قوزغىلىپ، ئۆزلىرىنىڭ ئاتوم يادروسىدىن ئايرىلىپ، پلازما ھالىتىگە ئوخشاش ھالەتكە كېلىدۇ. سىستېمىنىڭ ئېنېرگىيەسى كېيىن تۆۋەنلىگەندە (لازېر ئىمپۇلسلىرى تەبىئىي ھالدا ئىمپۇلس بولۇپ، توختاپ قېلىش ئارىلىقى بىلەن ئىپادىلىنىدىغان بولغاچقا)، بۇ تاشقى ئېلېكترونلار ئاتوم يادروسىغا يېقىن جايغا قايتىپ كېلىپ، يۇقىرى ئېنېرگىيەلىك فوتونلارنى قويۇپ بېرىدۇ.

يۇقىرى گارمونىك ھاسىل قىلىش:

تەسەۋۋۇر قىلىپ بېقىڭ، ھەر قېتىم سۇ تامچىسى كۆل يۈزىگە قايتىپ چۈشكەندە، ئۇ دولقۇن ھاسىل قىلىدۇ، بۇ ئاتتوسېكۇند لازېرلىرىدىكى يۇقىرى گارمونىكقا ئوخشايدۇ. بۇ دولقۇنلارنىڭ چاستوتا ۋە ئامپلىتۇدىسى دەسلەپكى فېمتوسېكۇند لازېر ئىمپۇلسى كەلتۈرۈپ چىقارغان دەسلەپكى دولقۇنلارغا قارىغاندا يۇقىرى. HHG جەريانىدا، تاشلارنى ئۈزلۈكسىز ئېتىشقا ئوخشاش كۈچلۈك لازېر نۇرى كۆل يۈزىگە ئوخشايدىغان گاز نىشانىنى يورۇتىدۇ. بۇ كۈچلۈك لازېر مەيدانى گازدىكى ئېلېكترونلارنى دولقۇنلارغا ئوخشاش ئانا ئاتوملىرىدىن يىراقلاشتۇرۇپ، ئاندىن ئۇلارنى ئارقىغا تارتىدۇ. ھەر قېتىم ئېلېكترون ئاتومغا قايتىپ كەلگەندە، ئۇ تېخىمۇ مۇرەككەپ دولقۇن شەكىللىرىگە ئوخشاش يۇقىرى چاستوتىلىق يېڭى لازېر نۇرىنى چىقىرىدۇ.

سۈزۈش ۋە مەركەزلەشتۈرۈش:

بۇ يېڭى ھاسىل قىلىنغان لازېر نۇرلىرىنىڭ ھەممىسىنى بىرلەشتۈرۈش ئارقىلىق ھەر خىل رەڭلەرنىڭ (چاستوتا ياكى دولقۇن ئۇزۇنلۇقى) سپېكتىرى ھاسىل بولىدۇ، بۇلارنىڭ بەزىلىرى ئاتتوسېكۇند لازېرنى تەشكىل قىلىدۇ. مەلۇم دولقۇن چوڭلۇقى ۋە چاستوتىسىنى ئايرىش ئۈچۈن، سىز ئېھتىياجلىق دولقۇنلارنى تاللىغانغا ئوخشاش مەخسۇس فىلتىر ئىشلەتسىڭىز ۋە ئۇلارنى مەلۇم بىر رايونغا مەركەزلەشتۈرۈش ئۈچۈن چوڭايتقۇچ ئىشلەتسىڭىز بولىدۇ.

پۇلس سىقىش (ئەگەر لازىم بولسا):

ئەگەر سىز دولقۇنلارنى تېخىمۇ تېز ۋە قىسقا تارقىتىشنى مەقسەت قىلسىڭىز، ئالاھىدە ئۈسكۈنە ئارقىلىق ئۇلارنىڭ تارقىلىشىنى تېزلىتىپ، ھەر بىر دولقۇننىڭ داۋاملىشىش ۋاقتىنى قىسقارتالايسىز. ئاتتوسېكۇند لازېرلىرىنى ھاسىل قىلىش مۇرەككەپ جەريانلارنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ. قانداقلا بولمىسۇن، پارچىلىنىپ كۆرۈنۈشكە ئېرىشكەندە، ئۇ تېخىمۇ چۈشىنىشلىك بولىدۇ.