אין א וויכטיגער מעלדונג אום אָוונט פון 3טן אָקטאָבער 2023, איז דער נאָבעל־פּריז אין פיזיק פֿאַרן יאָר 2023 אַנטפּלעקט געוואָרן, אנערקענענדיק די אויסגעצייכנטע ביישטייערונגען פון דריי וויסנשאַפֿטלער וואָס האָבן געשפּילט וויכטיקע ראָלעס ווי פּיאָנערן אין דער וועלט פון אַטאָסעקונד לאַזער טעכנאָלאָגיע.

דער טערמין "אטאסעקונד לייזער" נעמט זיין נאמען פון דער גאר קורצער צייט-וואָג אויף וועלכער עס ארבעט, ספּעציפֿיש אין דער סדר-אָרדענונג פון אטאסעקונדן, וואָס קאָרעספּאָנדירט צו 10^-18 סעקונדעס. כּדי צו פֿאַרשטיין די טיפֿע באַדייטונג פֿון דער טעכנאָלאָגיע, איז אַ פֿונדאַמענטאַלע פֿאַרשטענדעניש פֿון וואָס אַן אטאסעקונד באַדייט וויכטיק. אַן אטאסעקונד שטייט ווי אַן אויסערגעוויינלעך מינוטיקע צייט-איינהייט, וואָס קאָנסטיטוטירט איין מיליאַרדסטל פֿון אַ מיליאַרדסטל פֿון אַ סעקונדע אין דעם ברייטערן קאָנטעקסט פֿון אַן איינציקער סעקונדע. כּדי דאָס צו שטעלן אין פּערספּעקטיוו, אויב מיר וואָלטן פֿאַרגליכן אַ סעקונדע צו אַ הויכן באַרג, וואָלט אַן אטאסעקונד געווען ענלעך צו אַן איינציקן זאַמד-קערנדל וואָס ליגט ביים פֿוס פֿון באַרג. אין דעם פֿאַרגייענדיקן צייט-אינטערוואַל קען אפֿילו ליכט קוים דורכגיין אַ דיסטאַנץ וואָס איז גלייך צו דער גרייס פֿון אַן איינציקן אַטאָם. דורך דער נוצֿונג פֿון אטאסעקונד לייזערן באַקומען וויסנשאַפֿטלער די אומגעזעענע מעגלעכקייט צו דורכקוקן און מאַניפּולירן די קאָמפּליצירטע דינאַמיק פֿון עלעקטראָנען אין אַטאָמישע סטרוקטורן, ענלעך צו אַ ראַם-ביי-ראַם לאַנגזאַם-מאָושאַן ווידערשפּיל אין אַ קינאָמאַטישער סעקווענץ, און דערמיט פֿאַרטיפֿן זיך אין זייער שפּיל.

אַטאָסעקונד לייזערסרעפּרעזענטירן די קולמינאַציע פון ​​ברייטער פאָרשונג און קאָנצערטירטע השתדלות דורך וויסנשאַפֿטלער, וואָס האָבן אויסגענוצט די פּרינציפּן פון ניט-לינעאַרער אָפּטיק צו שאַפֿן אולטראַ-שנעלע לאַזערס. זייער אויפֿקום האָט אונדז געגעבן אַן אינאָוואַטיוון קוקפּונקט פֿאַר דער אָבסערוואַציע און אויספֿאָרשונג פון די דינאַמישע פּראָצעסן וואָס פּאַסירן אין אַטאָמען, מאָלעקולן און אפילו עלעקטראָנען אין האַרטע מאַטעריאַלן.

כדי צו דערקלערן די נאטור פון אטאסעקונד לאזערס און אפשאצן זייערע נישט-קאנווענציאנעלע אייגנשאפטן אין פארגלייך מיט קאנווענציאנעלע לאזערס, איז עס וויכטיג צו אויספארשן זייער קאטעגאריזאציע אין דער ברייטערער "לאזער פאמיליע". קלאסיפיקאציע לויט וועלענלענג שטעלט אטאסעקונד לאזערס מערסטנס אין דעם קייט פון אולטראוויאלעט ביז ווייכע X-שטראל פרעקווענצן, וואס באדייט זייער באמערקבאר קירצערע וועלענלענג אין קאנטראסט צו קאנווענציאנעלע לאזערס. אין טערמינען פון ארויסגאנג מאָדעס, פאלן אטאסעקונד לאזערס אונטער דער קאטעגאריע פון ​​געפולסטע לאזערס, וואס ווערן כאראקטעריזירט דורך זייערע גאר קורצע פולס דויער. כדי צו צייכענען אן אנאלאגיע פאר קלארקייט, קען מען זיך פארשטעלן קאנטיניואירלעכע-וועלע לאזערס ווי ענליך צו א פלאשליכט וואס שיקט ארויס א קאנטיניואירלעכן שטראל פון ליכט, בשעת געפולסטע לאזערס גלייכן צו א סטראבע ליכט, וואס טוישט זיך שנעל צווישן פעריאדן פון באלויכטונג און פינצטערניש. אין עסענץ, אטאסעקונד לאזערס ווייזן א פולסירנדיקן אויפפירונג אין דער באלויכטונג און פינצטערניש, אבער זייער איבערגאנג צווישן די צוויי שטאנדן פאסירט מיט אן ערשטוינענדיקער פרעקווענץ, דערגרייכנדיג דעם ראיאן פון אטאסעקונדס.

ווייטערדיגע קאטעגאריזאציע לויט מאכט שטעלט לאזערס אין נידעריג-מאכט, מיטל-מאכט, און הויך-מאכט קלאסן. אטאסעקונד לאזערס דערגרייכן הויכע שפיץ-מאכט צוליב זייערע גאר קורצע פולס-דויערונגען, וואס רעזולטירט אין א אויסגעשפראכענע שפיץ-מאכט (P) – דעפינירט אלס די אינטענסיטעט פון ענערגיע פער איינהייט צייט (P=W/t). כאטש יחידישע אטאסעקונד לאזער פולסן מעגן נישט פארמאגן אויסערגעווענליך גרויסע ענערגיע (W), זייער פארקירצטע טעמפאראלע אויסשטרעק (t) גיט זיי א העכערע שפיץ-מאכט.

אין טערמינען פון אַפּליקאַציע געביטן, לאַזערס שפּאַן אַ ספּעקטרום וואָס נעמט אַרום אינדוסטריעלע, מעדיצינישע און וויסנשאַפטלעכע אַפּליקאַציעס. אַטאָסעקונד לאַזערס געפֿינען זייער נישע בפֿרט אין דער וועלט פֿון וויסנשאַפטלעכער פֿאָרשונג, באַזונדערס אין דער אויספֿאָרשונג פֿון שנעל-עוואַלווינג דערשיינונגען אין די געביטן פֿון פֿיזיק און כעמיע, און אָפֿערן אַ פֿענצטער אין די שנעלע דינאַמישע פּראָצעסן פֿון דער מיקראָקאָסמישער וועלט.

קאטעגאריזאציע לויט לייזער מעדיום צעטיילט לייזערן ווי גאז לייזערן, סאליד-שטאט לייזערן, פליסיגע לייזערן, און האלב-קאנדוקטאר לייזערן. די דזשענעראציע פון ​​אטאסעקונדע לייזערן איז טיפיש באזירט אויף גאז לייזער מעדיע, אויסנוצנדיק נישט-לינעארע אפטישע עפעקטן צו שאפן הויך-ארדענונג הארמאניקעס.

אין קורצן, אַטאָסעקונד לאַזערס שטעלן פאר א יינציקע קלאַס פון קורץ-פּולס לאַזערס, וואָס אונטערשיידן זיך דורך זייערע אויסערגעוויינלעך קורצע פּולס דוראַציעס, טיפּיש געמאָסטן אין אַטאָסעקונדס. אלס רעזולטאַט, זענען זיי געוואָרן אומפארמיידלעכע מכשירים פֿאַר אָבסערווירן און קאָנטראָלירן די אולטראַ-שנעלע דינאַמישע פּראָצעסן פון עלעקטראָנען אין אַטאָמען, מאָלעקולן און האַרטע מאַטעריאַלן.

דער אויסגעארבעטער פּראָצעס פון אַטאָסעקונד לאַזער דזשענעריישאַן

אַטאַסעקונדע לאַזער טעכנאָלאָגיע שטייט אין דער פראָנט פון וויסנשאַפטלעכער כידעש, און באַרימט זיך מיט אַן אינטריגירנד שטרענגער סכום באַדינגונגען פֿאַר איר דזשענעריישאַן. כּדי צו דערקלערן די קאָמפּלעקסיטעטן פון אַטאַסעקונדע לאַזער דזשענעריישאַן, הייבן מיר אָן מיט אַ קורצער דערקלערונג פון אירע אונטערלייגנדיקע פּרינציפּן, און דערנאָך לעבעדיקע מעטאַפאָרן וואָס שטאַמען פון טעגלעכע דערפאַרונגען. לייענער וואָס זענען נישט באַקאַנט מיט די קאָמפּלעקסיטעטן פון דער באַטייַטיקער פיזיק דאַרפן נישט פאַרצווייפלונג, ווייל די פאלגענדע מעטאַפאָרן צילן צו מאַכן די יסודותדיקע פיזיק פון אַטאַסעקונדע לאַזערס צוטריטלעך.

דער דזשענעריישאַן פּראָצעס פון אַטאָסעקונד לאַזערס באַשטייט הויפּטזעכלעך אויף דער טעכניק באַקאַנט ווי הויך האַרמאָניק דזשענעריישאַן (HHG). ערשטנס, אַ שטראַל פון הויך-אינטענסיטי פېמטאָסעקונד (10^-15 סעקונדעס) לאַזער פּאַלסן איז ענג פאָקוסירט אויף אַ גאַזאַרטיק ציל מאַטעריאַל. עס איז ווערט צו באַמערקן אַז פېמטאָסעקונד לאַזערס, ענלעך צו אַטאָסעקונד לאַזערס, טיילן די קעראַקטעריסטיקס פון פאַרמאָגן קורץ פּאַלס דוריישאַנז און הויך שפּיץ מאַכט. אונטער דער השפּעה פון די אינטענסיווע לאַזער פעלד, עלעקטראָנען אין די גאַז אַטאָמס זענען מאָמענטאַרלי באַפרייט פון זייער אַטאָם קערנס, טראַנזישאַנאַללי אַרייַן אַ צושטאַנד פון פריי עלעקטראָנען. ווי די עלעקטראָנען אָסצילירן אין ענטפער צו די לאַזער פעלד, זיי לעסאָף צוריקקומען צו און ריקאָמבינירן מיט זייער עלטערן אַטאָם קערנס, קריייטינג נייַ הויך-ענערגיע שטאַטן.

בעת דעם פּראָצעס, באַוועגן זיך עלעקטראָנען מיט גאָר הויכע גיכקייטן, און בײַם רעקאָמבינירן מיט די אַטאָם־קערנס, לאָזן זיי אַרויס נאָך ענערגיע אין דער פֿאָרעם פֿון הויכע האַרמאָנישע עמיסיעס, וואָס מאַניפֿעסטירן זיך ווי הויך־ענערגיע פֿאָטאָנען.

די פרעקווענצן פון די ניי גענערירטע הויך-ענערגיע פאטאנען זענען גאנצע צאלן פון דער ארגינעלער לייזער פרעקווענץ, וואס פארמירן וואס ווערט גערופן הויך-ארדענונג הארמאניקעס, וואו "הארמאניקעס" באצייכנט פרעקווענצן וואס זענען גאנצע צאלן פון דער ארגינעלער פרעקווענץ. כדי צו דערגרייכן אטאסעקונד לאזערס, ווערט עס נויטיג צו פילטערן און פאקוסירן די הויך-ארדענונג הארמאניקעס, אויסקלייבן ספעציפישע הארמאניקעס און קאנצענטרירן זיי אין א פאקוס-פונקט. אויב געוואונטשן, קענען פולס קאמפרעסיע טעכניקן ווייטער פארקירצן די פולס געדויער, וואס ברענגט אולטרא-קורצע פולסן אין דעם אטאסעקונד קייט. קלאר, די גענעראציע פון ​​אטאסעקונד לאזערס איז א סאפיסטיקירטער און פילפאכיגער פראצעס, וואס פארלאנגט א הויכן גראד פון טעכנישער בקיאות און ספעציאליזירטע עקוויפמענט.

כדי צו דעמיסטיפיצירן דעם קאָמפּליצירטן פּראָצעס, פאָרשלאָגן מיר אַ מעטאַפאָרישע פּאַראַלעל באַזירט אויף וואָכעדיקע סצענאַרן:

הויך-אינטענסיטעט פעמטאסעקונדע לייזער פּולסן:

שטעלט זיך פאר א באזיצנדיקן שטארקן קאַטאַפּולט וואָס קען באַלד וואַרפן שטיינער מיט קאָלאָסאַלע גיכקייטן, ענלעך צו דער ראָלע וואָס הויך-אינטענסיטעט פעמטאָסעקאָנד לאַזער פּולסן שפּילן.

גאז-געמאכטע ציל מאַטעריאַל:

שטעלט זיך פאר א רואיגן וואסער וואס סימבאליזירט דעם גאזיקן ציל מאטעריאל, וואו יעדער טראָפּן וואסער רעפּרעזענטירט אומצאליגע גאז אטאמען. דער אקט פון אריינשטויסן שטיינער אין דעם וואסער שפיגלט ענליך אפ דעם אימפאקט פון הויך-אינטענסיטעט פעמטאסעקונד לאזער פולסן אויף דעם גאזיקן ציל מאטעריאל.

עלעקטראָן באַוועגונג און רעקאָמבינאַציע (פיזיש באַצייכנט טראַנזישאַן):

ווען פעמטאסעקונד לייזער פּולסן טרעפֿן די גאַז אַטאָמען אין דעם גאַזיקן ציל מאַטעריאַל, ווערן אַ באַדייטנדיקע צאָל פֿון אויסערלעכע עלעקטראָנען מאָמענטאַר אויפֿגעוועקט צו אַ צושטאַנד וואו זיי ציען זיך אָפּ פֿון זייערע אַטאָם קערנס, שאַפֿנדיק אַ פּלאַזמע-ווי צושטאַנד. ווי די סיסטעם'ס ענערגיע פֿאַרמינערט זיך דערנאָך (ווײַל די לייזער פּולסן זענען אינהערענט פּולסירט, מיט אינטערוואַלן פֿון אויפֿהער), קומען די אויסערלעכע עלעקטראָנען צוריק צו זייער געגנט פֿון די אַטאָם קערנס, לאָזנדיק אַרויס הויך-ענערגיע פֿאָטאָנען.

הויך האַרמאָניק דזשענעריישאַן:

שטעלט זיך פאר יעדעס מאל וואס א וואסער טראפן פאלט צוריק צו דער אזערע'ס ייבערפלאך, שאפט עס כוואליעס, ענליך צו הויכע הארמאניקעס אין אטאסעקונד לאזערס. די כוואליעס האבן העכערע פרעקווענצן און אמפליטודן ווי די ארגינעלע כוואליעס וואס ווערן געפֿארשאפט דורך דעם ערשטיקן פעמטאסעקונד לאזער פולס. בעת דעם HHG פראצעס, באלויכטנט א שטארקער לאזער שטראל, ענליך צו קאנטינעווערלי ווארפן שטיינער, א גאז ציל, וואס זעט אויס ווי דער אזערע'ס ייבערפלאך. דאס אינטענסיווע לאזער פעלד שטופט עלעקטראנען אין גאז, ענליך צו כוואליעס, אוועק פון זייערע עלטערן אטאמען און ציט זיי דאן צוריק. יעדעס מאל וואס אן עלעקטראן קערט זיך צוריק צום אטאם, שיקט עס ארויס א נייעם לאזער שטראל מיט א העכערער פרעקווענץ, ענליך צו מער קאמפליצירטע כוואליע מוסטערן.

פילטערירן און פאָקוסירן:

קאָמבינירן אַלע די ניי גענערירטע לאַזער שטראַלן גיט אַ ספּעקטרום פון פֿאַרשידענע קאָלירן (פֿרעקווענצן אָדער כוואַליע לענגקטס), עטלעכע פון ​​​​וועלכע מאַכן אויס דעם אַטאָסעקונד לאַזער. כּדי צו איזאָלירן ספּעציפֿישע ריפּל גרייסן און פֿרעקווענצן, קענט איר נוצן אַ ספּעציאַליזירטן פֿילטער, ענלעך צו סעלעקטירן געוואונטשענע ריפּלס, און נוצן אַ פֿאַרגרעסערונג גלאָז צו פֿאָקוסירן זיי אויף אַ ספּעציפֿישן געגנט.

פּולס קאַמפּרעשאַן (אויב נייטיק):

אויב איר צילט צו פארשפרייטן כוואַליעס שנעלער און קירצער, קענט איר פארשנעלערן זייער פארשפרייטונג מיט א ספעציאליזירטן אפאראט, וואס פארקירצט די צייט וואס יעדע כוואַליע דויערט. די דזשענעריישאַן פון אַטאָסעקונד לאַזערס נעמט אריין א קאָמפּליצירטע שפּיל פון פּראָצעסן. אָבער, ווען מען צעברעכט עס און מען וויזשוואַליזירט עס, ווערט עס מער פארשטענדלעך.