2023 ඔක්තෝම්බර් 3 වන දින සන්ධ්‍යාවේ වැදගත් නිවේදනයක් නිකුත් කරමින්, attosecond ලේසර් තාක්ෂණයේ ක්ෂේත්‍රයේ පුරෝගාමීන් ලෙස ප්‍රධාන භූමිකාවන් ඉටු කළ විද්‍යාඥයින් තිදෙනෙකුගේ විශිෂ්ට දායකත්වය අගයමින් 2023 වසර සඳහා භෞතික විද්‍යාව සඳහා වූ නොබෙල් ත්‍යාගය එළිදක්වන ලදී.

"attosecond laser" යන පදය එහි නම ව්‍යුත්පන්න වී ඇත්තේ එය ක්‍රියාත්මක වන ඇදහිය නොහැකි තරම් කෙටි කාල පරාසයෙන්, විශේෂයෙන් තත්පර 10^-18 ට අනුරූප වන attoseconds අනුපිළිවෙලෙනි. මෙම තාක්ෂණයේ ගැඹුරු වැදගත්කම අවබෝධ කර ගැනීම සඳහා, attosecond යන්නෙන් අදහස් කරන්නේ කුමක්ද යන්න පිළිබඳ මූලික අවබෝධය ඉතා වැදගත් වේ. Attosecond එක තත්පරයක පුළුල් සන්දර්භයක් තුළ තත්පරයකින් බිලියනයකින් බිලියනයකින් එකක් සමන්විත වන, කාලයෙහි ඉතා මිනිත්තු ඒකකයක් ලෙස පවතී. මෙය ඉදිරිදර්ශනයකට ගෙන ඒමට, අපි තත්පරයක් උස් කන්දකට සමාන කළහොත්, ඇටෝසෙකන්ඩ් එකක් කඳු පාමුල පිහිටි එක් වැලි කැටයකට සමාන වනු ඇත. මෙම ක්ෂණික තාවකාලික අන්තරය තුළ, ආලෝකයට පවා තනි පරමාණුවක ප්‍රමාණයට සමාන දුරක් යන්තම් ගමන් කළ හැක. attosecond ලේසර් භාවිතය හරහා විද්‍යාඥයන් පරමාණුක ව්‍යුහයන් තුළ ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝනවල සංකීර්ණ ගතිකතාවයන් පරීක්ෂා කිරීමට සහ හැසිරවීමට පෙර නොවූ විරූ හැකියාවක් ලබා ගනී, එය සිනමා අනුපිළිවෙලක රාමුවෙන් රාමුව මන්දගාමී චලිත ප්‍රතිවර්තනයකට සමාන වේ.

Attosecond ලේසර්අති වේගවත් ලේසර් නිපදවීම සඳහා රේඛීය නොවන දෘෂ්ටි විද්‍යාවේ මූලධර්ම උපයෝගී කර ගත් විද්‍යාඥයින් විසින් විස්තීර්ණ පර්යේෂණ සහ ඒකාබද්ධ ප්‍රයත්නවල උච්චතම අවස්ථාව නියෝජනය කරයි. ඝන ද්‍රව්‍යවල පරමාණු, අණු සහ ඉලෙක්ට්‍රෝන තුළ පවා සිදු වන ගතික ක්‍රියාවලීන් නිරීක්ෂණය කිරීම සහ ගවේෂණය කිරීම සඳහා ඔවුන්ගේ පැමිණීම අපට නව්‍ය වාසියක් ලබා දී ඇත.

Attosecond ලේසර් වල ස්වභාවය පැහැදිලි කිරීමට සහ සාම්ප්‍රදායික ලේසර් වලට සාපේක්ෂව ඒවායේ සාම්ප්‍රදායික නොවන ගුණාංග අගය කිරීමට, පුළුල් "ලේසර් පවුල" තුළ ඒවායේ වර්ගීකරණය ගවේෂණය කිරීම අත්‍යවශ්‍ය වේ. තරංග ආයාමය අනුව වර්ගීකරණය මගින් ප්‍රධාන වශයෙන් පාරජම්බුල කිරණ සිට මෘදු X-කිරණ සංඛ්‍යාත පරාසය තුළ තත්පර තත්පර ලේසර් ස්ථානගත කරයි, සාම්ප්‍රදායික ලේසර්වලට ප්‍රතිවිරුද්ධව ඒවායේ සැලකිය යුතු කෙටි තරංග ආයාමයන් පෙන්නුම් කරයි. නිමැවුම් ක්‍රම සම්බන්ධයෙන් ගත් කල, Attosecond ලේසර් ස්පන්දිත ලේසර් ගණයට වැටේ, ඒවායේ අතිශය කෙටි ස්පන්දන කාල සීමාවන් මගින් සංලක්ෂිත වේ. පැහැදිලිකම සඳහා සාදෘශ්‍යයක් ඇඳීම සඳහා, අඛණ්ඩ තරංග ලේසර් අඛණ්ඩ ආලෝක කදම්භයක් විමෝචනය කරන ෆ්ලෑෂ් ලයිට් එකකට සමාන වන අතර, ස්පන්දිත ලේසර් ස්ට්‍රෝබ් ආලෝකයට සමාන වන අතර, ආලෝකයේ සහ අඳුරෙහි කාල පරිච්ඡේද අතර වේගයෙන් ප්‍රත්‍යාවර්ත වේ. සාරාංශයක් ලෙස, attosecond ලේසර් ආලෝකය සහ අන්ධකාරය තුළ ස්පන්දන හැසිරීමක් පෙන්නුම් කරයි, නමුත් ප්‍රාන්ත දෙක අතර ඒවායේ සංක්‍රාන්තිය විස්මිත සංඛ්‍යාතයකින් සිදුවෙමින් attoseconds ක්ෂේත්‍රයට ළඟා වේ.

බලය මගින් තවදුරටත් වර්ගීකරණය කිරීමෙන් ලේසර් අඩු බල, මධ්‍යම බලය සහ අධි බල වරහන් බවට පත් කරයි. Attosecond ලේසර් ඒවායේ අතිශය කෙටි ස්පන්දන කාලසීමාවන් හේතුවෙන් ඉහළ උපරිම බලයක් ලබා ගනී, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස උච්ච බලය (P) - ඒකක කාලයකට ශක්තියේ තීව්‍රතාවය ලෙස අර්ථ දැක්වේ (P=W/t). තනි තත්පරයේ ලේසර් ස්පන්දනවලට සුවිශේෂී ලෙස විශාල ශක්තියක් (W) නොතිබිය හැකි වුවද, ඒවායේ සංක්ෂිප්ත තාවකාලික ප්‍රමාණය (t) ඒවාට ඉහළ උච්ච බලයක් ලබා දෙයි.

යෙදුම් වසම් අනුව, ලේසර් කාර්මික, වෛද්‍ය සහ විද්‍යාත්මක යෙදුම් ඇතුළත් වර්ණාවලියක් විහිදේ. Attosecond ලේසර් මූලික වශයෙන් විද්‍යාත්මක පර්යේෂණ ක්ෂේත්‍රය තුළ ඔවුන්ගේ ස්ථානය සොයා ගනී, විශේෂයෙන් භෞතික විද්‍යාව සහ රසායන විද්‍යාව යන වසම් තුළ වේගයෙන් විකාශනය වන සංසිද්ධි ගවේෂණය කිරීම, ක්ෂුද්‍ර ලෝකයේ වේගවත් ගතික ක්‍රියාවලීන් වෙත කවුළුවක් ඉදිරිපත් කරයි.

ලේසර් මාධ්‍ය මගින් වර්ගීකරණය මඟින් ලේසර් වායු ලේසර්, ඝණ-ස්ථ ලේසර්, ද්‍රව ලේසර් සහ අර්ධ සන්නායක ලේසර් ලෙස නිරූපණය කරයි. attosecond ලේසර් උත්පාදනය සාමාන්‍යයෙන් වායු ලේසර් මාධ්‍ය මත රඳා පවතින අතර, ඉහළ අනුපිළිවෙලක් ඇති කිරීමට රේඛීය නොවන දෘශ්‍ය බලපෑම් ප්‍රාග්ධනය කරයි.

සාරාංශයක් ලෙස, attosecond ලේසර් අද්විතීය කෙටි ස්පන්දන ලේසර් පන්තියක් වන අතර, සාමාන්‍යයෙන් attoseconds වලින් මනිනු ලබන ඒවායේ අසාමාන්‍ය ලෙස කෙටි ස්පන්දන කාලසීමාවන් මගින් වෙන්කර හඳුනාගත හැකිය. එහි ප්‍රතිඵලයක් වශයෙන්, ඒවා පරමාණු, අණු සහ ඝන ද්‍රව්‍ය තුළ ඉලෙක්ට්‍රෝනවල අති වේගවත් ගතික ක්‍රියාවලීන් නිරීක්ෂණය කිරීම සහ පාලනය කිරීම සඳහා අත්‍යවශ්‍ය මෙවලම් බවට පත්ව ඇත.

Attosecond ලේසර් උත්පාදනයේ විස්තීර්ණ ක්‍රියාවලිය

Attosecond ලේසර් තාක්ෂණය විද්‍යාත්මක නවෝත්පාදනයන්හි ඉදිරියෙන්ම සිටින අතර, එහි උත්පාදනය සඳහා කුතුහලය දනවන ලෙස දැඩි කොන්දේසි මාලාවක් ගැන පුරසාරම් දොඩයි. Attosecond ලේසර් උත්පාදනයේ සංකීර්ණතා පැහැදිලි කිරීම සඳහා, අපි එදිනෙදා අත්දැකීම් වලින් ලබාගත් විචිත්‍රවත් රූපක අනුගමනය කරමින් එහි යටින් පවතින මූලධර්ම සංක්ෂිප්තව හෙළිදරව් කිරීමකින් ආරම්භ කරමු. අදාළ භෞතික විද්‍යාවේ ඇති සංකීර්ණතා ගැන අවබෝධයක් නැති පාඨකයින් බලාපොරොත්තු සුන් විය යුතු නැත, මන්ද ඊළඟ රූපක මගින් Attosecond ලේසර්වල මූලික භෞතික විද්‍යාව වෙත ප්‍රවේශ විය හැකි ලෙස ලබා දීමයි.

Attosecond ලේසර් උත්පාදන ක්‍රියාවලිය මූලික වශයෙන් රඳා පවතින්නේ High Harmonic Generation (HHG) ලෙස හඳුන්වන තාක්‍ෂණය මතය. පළමුව, අධි-තීව්‍රතාවයෙන් යුත් ෆෙම්ටෝ තත්පර (තත්පර 10^-15) ලේසර් ස්පන්දන කදම්භයක් වායුමය ඉලක්ක ද්‍රව්‍යයක් වෙත තදින් නාභිගත වේ. attosecond ලේසර් වලට සමාන femtosecond ලේසර් කෙටි ස්පන්දන කාල සීමාවන් සහ ඉහළ උපරිම බලයක් තිබීමේ ලක්ෂණ බෙදාහදා ගන්නා බව සඳහන් කිරීම වටී. තීව්‍ර ලේසර් ක්ෂේත්‍රයේ බලපෑම යටතේ, වායු පරමාණු තුළ ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝන, ඒවායේ පරමාණුක න්‍යෂ්ටීන්ගෙන් මොහොතකට නිදහස් වී, තාවකාලිකව නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන තත්ත්වයකට ඇතුල් වේ. මෙම ඉලෙක්ට්‍රෝන ලේසර් ක්ෂේත්‍රයට ප්‍රතිචාර වශයෙන් දෝලනය වන විට, ඒවා අවසානයේ නැවත පැමිණ ඒවායේ මව් පරමාණුක න්‍යෂ්ටීන් සමඟ නැවත එකතු වී නව අධි ශක්ති තත්ව නිර්මාණය කරයි.

මෙම ක්‍රියාවලිය අතරතුර, ඉලෙක්ට්‍රෝන අතිශයින් ඉහළ ප්‍රවේගයකින් චලනය වන අතර, පරමාණුක න්‍යෂ්ටීන් සමඟ ප්‍රතිසංයෝජනය කිරීමේදී, අධි ශක්ති ෆෝටෝන ලෙස ප්‍රකාශ කරමින්, අධි හරාත්මක විමෝචන ස්වරූපයෙන් අමතර ශක්තිය මුදා හරියි.

මෙම අලුතින් ජනනය කරන ලද අධි ශක්ති ෆෝටෝනවල සංඛ්‍යාතයන් මුල් ලේසර් සංඛ්‍යාතයේ පූර්ණ සංඛ්‍යා ගුණාකාර වන අතර, එය අධි-පිළිවෙල හාර්මොනික්ස් ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ, එහිදී "හාර්මොනික්ස්" යනු මුල් සංඛ්‍යාතයේ අනුකලිත ගුණාකාර සංඛ්‍යාත වේ. Attosecond ලේසර් ලබා ගැනීම සඳහා, මෙම ඉහළ පෙළේ හාර්මොනික්ස් පෙරීම සහ නාභිගත කිරීම, විශේෂිත හාර්මොනික්ස් තෝරාගෙන ඒවා කේන්ද්‍රස්ථානයක් බවට සාන්ද්‍රණය කිරීම අවශ්‍ය වේ. අවශ්‍ය නම්, ස්පන්දන සම්පීඩන ශිල්පීය ක්‍රම මඟින් ස්පන්දන කාලසීමාව තවදුරටත් කෙටි කළ හැකි අතර, attosecond පරාසය තුළ අතිශය කෙටි ස්පන්දන ලබා දෙයි. පැහැදිලිවම, attosecond ලේසර් උත්පාදනය නවීන සහ බහුවිධ ක්‍රියාවලියක් වන අතර, ඉහළ තාක්‍ෂණික කුසලතා සහ විශේෂිත උපකරණ අවශ්‍ය වේ.

මෙම සංකීර්ණ ක්‍රියාවලිය අවතක්සේරු කිරීම සඳහා, අපි එදිනෙදා අවස්ථා තුළ පදනම් වූ රූපක සමාන්තරයක් ඉදිරිපත් කරමු:

අධි-තීව්‍රතා ෆෙම්ටෝ තත්පර ලේසර් ස්පන්දන:

අධි තීව්‍රතාවයෙන් යුත් ෆෙම්ටෝ තත්පර ලේසර් ස්පන්දන මගින් ඉටු කරන කාර්යභාරයට සමානව දැවැන්ත වේගයකින් ක්ෂණිකව ගල් ගැසීමට හැකියාව ඇති සුවිශේෂී ප්‍රබල කැටපෝලයක් ඇතැයි සිතන්න.

වායුමය ඉලක්ක ද්රව්ය:

සෑම ජල බිංදුවක්ම අසංඛ්‍යාත වායු පරමාණු නියෝජනය කරන වායුමය ඉලක්ක ද්‍රව්‍ය සංකේතවත් කරන සන්සුන් ජල කඳක් සිතින් මවා ගන්න. මෙම ජල කඳ තුළට ගල් තල්ලු කිරීමේ ක්‍රියාව වායුමය ඉලක්ක ද්‍රව්‍ය මත ඉහළ තීව්‍රතාවයකින් යුත් ෆෙම්ටෝ තත්පර ලේසර් ස්පන්දනවල බලපෑම සමාන ලෙස පිළිබිඹු කරයි.

ඉලෙක්ට්‍රෝන චලිතය සහ ප්‍රතිසංයෝජනය (භෞතික වශයෙන් සංක්‍රාන්තිය):

femtosecond ලේසර් ස්පන්දන වායුමය ඉලක්ක ද්‍රව්‍ය තුළ ඇති වායු පරමාණුවලට බලපෑම් කරන විට, සැලකිය යුතු බාහිර ඉලෙක්ට්‍රෝන සංඛ්‍යාවක් ඒවායේ පරමාණුක න්‍යෂ්ටීන්ගෙන් වෙන් වී ප්ලාස්මා-සමාන තත්වයක් ඇති කරන තත්වයකට ක්ෂණිකව උද්වේගකරයි. පද්ධතියේ ශක්තිය පසුව අඩු වන විට (ලේසර් ස්පන්දන සහජයෙන්ම ස්පන්දනය වන බැවින්, නැවැත්වීමේ කාල අන්තරයන් ඇතුළත් වේ), මෙම බාහිර ඉලෙක්ට්‍රෝන පරමාණුක න්‍යෂ්ටිය ආසන්නයට නැවත පැමිණ අධි ශක්ති ෆෝටෝන නිකුත් කරයි.

උසස් හාර්මොනික් පරම්පරාව:

ජල බිඳුවක් නැවත විල මතුපිටට වැටෙන සෑම අවස්ථාවකම එය ඇටෝසෙකන්ඩ් ලේසර්වල ඇති ඉහළ ප්‍රතිමූර්තියක් මෙන් රැළි ඇති කරයි. මෙම රැලි වල ප්‍රාථමික ෆෙම්ටෝ තත්පර ලේසර් ස්පන්දනය නිසා ඇතිවන මුල් රැළි වලට වඩා වැඩි සංඛ්‍යාත සහ විස්තාරය ඇත. HHG ක්‍රියාවලියේදී, ප්‍රබල ලේසර් කදම්භයක්, අඛණ්ඩව ගල් විසි කිරීමට සමාන, විල මතුපිටට සමාන වායු ඉලක්කයක් ආලෝකමත් කරයි. මෙම තීව්‍ර ලේසර් ක්ෂේත්‍රය වායුවේ ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝන, රැළි වලට සමාන, ඒවායේ මව් පරමාණුවලින් ඉවතට තල්ලු කර ඒවා පසුපසට ඇද දමයි. ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් පරමාණුව වෙත නැවත පැමිණෙන සෑම අවස්ථාවකම, එය වඩාත් සංකීර්ණ රැලි රටා වලට සමාන වැඩි සංඛ්‍යාතයක් සහිත නව ලේසර් කදම්භයක් විමෝචනය කරයි.

පෙරීම සහ අවධානය යොමු කිරීම:

මෙම අලුතින් ජනනය කරන ලද සියලුම ලේසර් කිරණ ඒකාබද්ධ කිරීමෙන් විවිධ වර්ණ (සංඛ්‍යාත හෝ තරංග ආයාම) වර්ණාවලියක් ලබා දෙයි, සමහර ඒවා attosecond ලේසර් වේ. නිශ්චිත රැළි ප්‍රමාණයන් සහ සංඛ්‍යාත හුදකලා කිරීම සඳහා, ඔබට අවශ්‍ය රැලි තෝරාගැනීමට සමාන විශේෂිත පෙරහනක් භාවිතා කළ හැකි අතර ඒවා විශේෂිත ප්‍රදේශයකට යොමු කිරීමට විශාලන වීදුරුවක් භාවිතා කළ හැකිය.

ස්පන්දන සම්පීඩනය (අවශ්ය නම්):

ඔබ වේගවත් හා කෙටි තරංග ප්‍රචාරණය කිරීමට අදහස් කරන්නේ නම්, ඔබට විශේෂිත උපාංගයක් භාවිතයෙන් ඒවායේ ප්‍රචාරණය වේගවත් කළ හැකි අතර, එක් එක් රැළි පවතින කාලය අඩු කරයි. Attosecond ලේසර් උත්පාදනය ක්‍රියාවලීන්ගේ සංකීර්ණ අන්තර් ක්‍රියාවලියක් ඇතුළත් වේ. කෙසේ වෙතත්, එය බිඳ දමා දෘශ්‍යමාන කළ විට, එය වඩාත් තේරුම්ගත හැකිය.