అటోసెకండ్ లేజర్ టెక్నాలజీ రంగంలో మార్గదర్శకులుగా కీలక పాత్రలు పోషించిన ముగ్గురు శాస్త్రవేత్తల అత్యుత్తమ సహకారాన్ని గుర్తిస్తూ, 2023 సంవత్సరానికి భౌతిక శాస్త్రంలో నోబెల్ బహుమతిని అక్టోబర్ 3, 2023 సాయంత్రం ఒక ముఖ్యమైన ప్రకటనలో ఆవిష్కరించారు.

"అట్టోసెకండ్ లేజర్" అనే పదం దాని పేరును చాలా తక్కువ కాలపరిమితి నుండి పొందింది, ప్రత్యేకంగా 10^-18 సెకన్లకు అనుగుణంగా అట్టోసెకండ్ల క్రమంలో పనిచేస్తుంది. ఈ సాంకేతికత యొక్క లోతైన ప్రాముఖ్యతను గ్రహించడానికి, అట్టోసెకండ్ దేనిని సూచిస్తుందో ప్రాథమిక అవగాహన చాలా ముఖ్యమైనది. ఒక అట్టోసెకండ్ సమయం యొక్క అత్యంత సూక్ష్మ యూనిట్‌గా నిలుస్తుంది, ఇది ఒక సెకను యొక్క విస్తృత సందర్భంలో సెకనులో బిలియన్‌లో ఒక బిలియన్ వంతు ఉంటుంది. దీనిని దృక్కోణంలో ఉంచితే, మనం సెకనును ఒక ఎత్తైన పర్వతంతో పోల్చినట్లయితే, ఒక అట్టోసెకండ్ పర్వతం యొక్క బేస్ వద్ద ఉన్న ఒకే ఇసుక రేణువును పోలి ఉంటుంది. ఈ క్షణికమైన తాత్కాలిక విరామంలో, కాంతి కూడా ఒక వ్యక్తిగత అణువు పరిమాణానికి సమానమైన దూరాన్ని దాటగలదు. అట్టోసెకండ్ లేజర్‌ల వినియోగం ద్వారా, శాస్త్రవేత్తలు అణు నిర్మాణాలలోని ఎలక్ట్రాన్‌ల సంక్లిష్టమైన డైనమిక్‌లను పరిశీలించడానికి మరియు మార్చటానికి అపూర్వమైన సామర్థ్యాన్ని పొందుతారు, ఇది సినిమాటిక్ సీక్వెన్స్‌లో ఫ్రేమ్-బై-ఫ్రేమ్ స్లో-మోషన్ రీప్లే లాగా ఉంటుంది, తద్వారా వాటి పరస్పర చర్యను పరిశీలిస్తారు.

అటోసెకండ్ లేజర్లుఅల్ట్రాఫాస్ట్ లేజర్‌లను రూపొందించడానికి నాన్ లీనియర్ ఆప్టిక్స్ సూత్రాలను ఉపయోగించుకున్న శాస్త్రవేత్తల విస్తృత పరిశోధన మరియు సమిష్టి ప్రయత్నాల పరాకాష్టను ఇవి సూచిస్తాయి. ఘన పదార్థాలలో అణువులు, అణువులు మరియు ఎలక్ట్రాన్‌లలో కూడా జరిగే డైనమిక్ ప్రక్రియల పరిశీలన మరియు అన్వేషణ కోసం వారి ఆగమనం మనకు ఒక వినూత్న దృక్పథాన్ని అందించింది.

సాంప్రదాయ లేజర్‌లతో పోల్చితే అటోసెకండ్ లేజర్‌ల స్వభావాన్ని విశదీకరించడానికి మరియు వాటి అసాధారణ లక్షణాలను అభినందించడానికి, విస్తృత "లేజర్ కుటుంబం"లో వాటి వర్గీకరణను అన్వేషించడం అత్యవసరం. తరంగదైర్ఘ్యం వారీగా వర్గీకరణ అటోసెకండ్ లేజర్‌లను ప్రధానంగా అతినీలలోహిత నుండి మృదువైన ఎక్స్-రే పౌనఃపున్యాల పరిధిలో ఉంచుతుంది, ఇది సాంప్రదాయ లేజర్‌లకు భిన్నంగా వాటి ముఖ్యంగా తక్కువ తరంగదైర్ఘ్యాలను సూచిస్తుంది. అవుట్‌పుట్ మోడ్‌ల పరంగా, అటోసెకండ్ లేజర్‌లు పల్సెడ్ లేజర్‌ల వర్గంలోకి వస్తాయి, వాటి చాలా సంక్షిప్త పల్స్ వ్యవధులు ఉంటాయి. స్పష్టత కోసం సారూప్యతను గీయడానికి, నిరంతర-వేవ్ లేజర్‌లను నిరంతర కాంతి పుంజాన్ని విడుదల చేసే ఫ్లాష్‌లైట్‌తో సమానంగా ఊహించవచ్చు, అయితే పల్సెడ్ లేజర్‌లు స్ట్రోబ్ కాంతిని పోలి ఉంటాయి, ప్రకాశం మరియు చీకటి కాలాల మధ్య వేగంగా మారుతూ ఉంటాయి. సారాంశంలో, అటోసెకండ్ లేజర్‌లు ప్రకాశం మరియు చీకటిలో పల్సేటింగ్ ప్రవర్తనను ప్రదర్శిస్తాయి, అయినప్పటికీ రెండు స్థితుల మధ్య వాటి పరివర్తన ఆశ్చర్యకరమైన ఫ్రీక్వెన్సీ వద్ద ప్రసారం అవుతుంది, అటోసెకండ్‌ల రంగానికి చేరుకుంటుంది.

శక్తి ద్వారా మరింత వర్గీకరణ లేజర్‌లను తక్కువ-శక్తి, మధ్యస్థ-శక్తి మరియు అధిక-శక్తి బ్రాకెట్‌లుగా ఉంచుతుంది. అటోసెకండ్ లేజర్‌లు వాటి చాలా తక్కువ పల్స్ వ్యవధుల కారణంగా అధిక పీక్ పవర్‌ను సాధిస్తాయి, ఫలితంగా ఉచ్ఛరించబడిన పీక్ పవర్ (P) వస్తుంది - ఇది యూనిట్ సమయానికి శక్తి తీవ్రతగా నిర్వచించబడింది (P=W/t). వ్యక్తిగత అటోసెకండ్ లేజర్ పల్స్‌లు అసాధారణంగా పెద్ద శక్తిని (W) కలిగి ఉండకపోవచ్చు, వాటి సంక్షిప్త తాత్కాలిక పరిధి (t) వాటికి ఎలివేటెడ్ పీక్ పవర్‌ను అందిస్తుంది.

అప్లికేషన్ డొమైన్‌ల పరంగా, లేజర్‌లు పారిశ్రామిక, వైద్య మరియు శాస్త్రీయ అనువర్తనాలను కలిగి ఉన్న స్పెక్ట్రమ్‌ను విస్తరించి ఉన్నాయి. అటోసెకండ్ లేజర్‌లు ప్రధానంగా శాస్త్రీయ పరిశోధన రంగంలో తమ సముచిత స్థానాన్ని కనుగొంటాయి, ముఖ్యంగా భౌతిక శాస్త్రం మరియు రసాయన శాస్త్ర డొమైన్‌లలో వేగంగా అభివృద్ధి చెందుతున్న దృగ్విషయాల అన్వేషణలో, సూక్ష్మ విశ్వ ప్రపంచంలోని వేగవంతమైన డైనమిక్ ప్రక్రియలలోకి ఒక విండోను అందిస్తాయి.

లేజర్ మాధ్యమం ద్వారా వర్గీకరణ లేజర్‌లను గ్యాస్ లేజర్‌లు, సాలిడ్-స్టేట్ లేజర్‌లు, లిక్విడ్ లేజర్‌లు మరియు సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లుగా విభజిస్తుంది. అటోసెకండ్ లేజర్‌ల ఉత్పత్తి సాధారణంగా గ్యాస్ లేజర్ మీడియాపై ఆధారపడి ఉంటుంది, హై-ఆర్డర్ హార్మోనిక్స్‌ను రూపొందించడానికి నాన్ లీనియర్ ఆప్టికల్ ఎఫెక్ట్‌లను పెట్టుబడి పెడుతుంది.

సంగ్రహంగా చెప్పాలంటే, అటోసెకండ్ లేజర్‌లు అనేవి షార్ట్-పల్స్ లేజర్‌ల యొక్క ప్రత్యేకమైన తరగతిని కలిగి ఉంటాయి, వీటిని అసాధారణంగా సంక్షిప్త పల్స్ వ్యవధుల ద్వారా వేరు చేస్తారు, సాధారణంగా అటోసెకన్లలో కొలుస్తారు. ఫలితంగా, అణువులు, అణువులు మరియు ఘన పదార్థాలలోని ఎలక్ట్రాన్ల యొక్క అతి వేగవంతమైన డైనమిక్ ప్రక్రియలను గమనించడానికి మరియు నియంత్రించడానికి అవి అనివార్యమైన సాధనాలుగా మారాయి.

అట్టోసెకండ్ లేజర్ జనరేషన్ యొక్క విస్తృతమైన ప్రక్రియ

అటోసెకండ్ లేజర్ టెక్నాలజీ శాస్త్రీయ ఆవిష్కరణలలో ముందంజలో ఉంది, దాని తరం కోసం ఆసక్తికరమైన కఠినమైన పరిస్థితుల సమితిని కలిగి ఉంది. అటోసెకండ్ లేజర్ ఉత్పత్తి యొక్క చిక్కులను విశదీకరించడానికి, మేము దాని అంతర్లీన సూత్రాల యొక్క సంక్షిప్త వివరణతో ప్రారంభిస్తాము, తరువాత రోజువారీ అనుభవాల నుండి ఉద్భవించిన స్పష్టమైన రూపకాలు. సంబంధిత భౌతిక శాస్త్రంలోని చిక్కులలో ప్రావీణ్యం లేని పాఠకులు నిరాశ చెందాల్సిన అవసరం లేదు, ఎందుకంటే తదుపరి రూపకాలు అటోసెకండ్ లేజర్‌ల యొక్క పునాది భౌతిక శాస్త్రాన్ని అందుబాటులోకి తీసుకురావాలని లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నాయి.

అటోసెకండ్ లేజర్‌ల ఉత్పత్తి ప్రక్రియ ప్రధానంగా హై హార్మోనిక్ జనరేషన్ (HHG) అని పిలువబడే సాంకేతికతపై ఆధారపడి ఉంటుంది. మొదటగా, అధిక-తీవ్రత కలిగిన ఫెమ్టోసెకండ్ (10^-15 సెకన్లు) లేజర్ పల్స్‌ల పుంజం వాయు లక్ష్య పదార్థంపై గట్టిగా కేంద్రీకరించబడుతుంది. అటోసెకండ్ లేజర్‌ల మాదిరిగానే ఫెమ్టోసెకండ్ లేజర్‌లు తక్కువ పల్స్ వ్యవధి మరియు అధిక పీక్ శక్తిని కలిగి ఉండే లక్షణాలను పంచుకుంటాయని గమనించాలి. తీవ్రమైన లేజర్ క్షేత్రం ప్రభావంతో, వాయు అణువులలోని ఎలక్ట్రాన్లు వాటి పరమాణు కేంద్రకాల నుండి క్షణికంగా విముక్తి పొంది, తాత్కాలికంగా స్వేచ్ఛా ఎలక్ట్రాన్ల స్థితిలోకి ప్రవేశిస్తాయి. లేజర్ క్షేత్రానికి ప్రతిస్పందనగా ఈ ఎలక్ట్రాన్లు డోలనం చెందుతున్నప్పుడు, అవి చివరికి వాటి మాతృ పరమాణు కేంద్రకాలకు తిరిగి వచ్చి తిరిగి కలుస్తాయి, కొత్త అధిక-శక్తి స్థితులను సృష్టిస్తాయి.

ఈ ప్రక్రియలో, ఎలక్ట్రాన్లు చాలా ఎక్కువ వేగంతో కదులుతాయి మరియు పరమాణు కేంద్రకాలతో తిరిగి సంయోగం చెందినప్పుడు, అవి అధిక హార్మోనిక్ ఉద్గారాల రూపంలో అదనపు శక్తిని విడుదల చేస్తాయి, ఇవి అధిక-శక్తి ఫోటాన్‌లుగా వ్యక్తమవుతాయి.

ఈ కొత్తగా ఉత్పత్తి చేయబడిన అధిక-శక్తి ఫోటాన్‌ల పౌనఃపున్యాలు అసలు లేజర్ పౌనఃపున్యాల యొక్క పూర్ణాంక గుణకాలు, వీటిని హై-ఆర్డర్ హార్మోనిక్స్ అని పిలుస్తారు, ఇక్కడ "హార్మోనిక్స్" అనేది అసలు పౌనఃపున్యాల యొక్క సమగ్ర గుణిజాలైన పౌనఃపున్యాలను సూచిస్తుంది. అటోసెకండ్ లేజర్‌లను పొందడానికి, ఈ హై-ఆర్డర్ హార్మోనిక్స్‌ను ఫిల్టర్ చేసి ఫోకస్ చేయడం అవసరం అవుతుంది, నిర్దిష్ట హార్మోనిక్‌లను ఎంచుకుని వాటిని కేంద్ర బిందువుగా కేంద్రీకరించడం అవసరం. కావాలనుకుంటే, పల్స్ కంప్రెషన్ పద్ధతులు పల్స్ వ్యవధిని మరింత సంక్షిప్తీకరించగలవు, అటోసెకండ్ పరిధిలో అల్ట్రా-షార్ట్ పల్స్‌లను ఇస్తాయి. స్పష్టంగా, అటోసెకండ్ లేజర్‌ల ఉత్పత్తి ఒక అధునాతన మరియు బహుముఖ ప్రక్రియను కలిగి ఉంటుంది, దీనికి అధిక స్థాయి సాంకేతిక నైపుణ్యం మరియు ప్రత్యేక పరికరాలు అవసరం.

ఈ సంక్లిష్ట ప్రక్రియను నిగూఢం చేయడానికి, మేము రోజువారీ దృశ్యాలపై ఆధారపడిన ఒక రూపక సమాంతరాన్ని అందిస్తున్నాము:

అధిక తీవ్రత కలిగిన ఫెమ్టోసెకండ్ లేజర్ పప్పులు:

అధిక-తీవ్రత కలిగిన ఫెమ్టోసెకండ్ లేజర్ పల్స్‌లు పోషించే పాత్రను పోలి, భారీ వేగంతో తక్షణమే రాళ్లను విసరగల అసాధారణమైన శక్తివంతమైన కాటాపుల్ట్‌ను కలిగి ఉండటాన్ని ఊహించుకోండి.

వాయు లక్ష్య పదార్థం:

వాయు లక్ష్య పదార్థాన్ని సూచించే ప్రశాంతమైన నీటి శరీరాన్ని ఊహించుకోండి, ఇక్కడ ప్రతి నీటి బిందువు లెక్కలేనన్ని వాయు అణువులను సూచిస్తుంది. ఈ నీటి శరీరంలోకి రాళ్లను నెట్టడం అనేది వాయు లక్ష్య పదార్థంపై అధిక-తీవ్రత కలిగిన ఫెమ్టోసెకండ్ లేజర్ పల్స్‌ల ప్రభావాన్ని ప్రతిబింబిస్తుంది.

ఎలక్ట్రాన్ కదలిక మరియు పునఃసంయోగం (భౌతికంగా పరివర్తన అని పిలుస్తారు):

ఫెమ్టోసెకండ్ లేజర్ పప్పులు వాయు లక్ష్య పదార్థంలోని వాయు అణువులను ప్రభావితం చేసినప్పుడు, గణనీయమైన సంఖ్యలో బాహ్య ఎలక్ట్రాన్లు వాటి సంబంధిత పరమాణు కేంద్రకాల నుండి విడిపోయి ప్లాస్మా లాంటి స్థితిని ఏర్పరుస్తాయి. వ్యవస్థ యొక్క శక్తి తదనంతరం తగ్గుతున్నప్పుడు (లేజర్ పప్పులు స్వాభావికంగా పల్స్ చేయబడతాయి, విరామ విరామాలను కలిగి ఉంటాయి కాబట్టి), ఈ బాహ్య ఎలక్ట్రాన్లు అణు కేంద్రకాల సమీపంలోకి తిరిగి వస్తాయి, అధిక-శక్తి ఫోటాన్‌లను విడుదల చేస్తాయి.

అధిక హార్మోనిక్ తరం:

సరస్సు ఉపరితలంపైకి నీటి బిందువు తిరిగి పడిపోయిన ప్రతిసారీ, అది అటోసెకండ్ లేజర్‌లలో అధిక హార్మోనిక్స్ లాగా అలలను సృష్టిస్తుందని ఊహించుకోండి. ఈ అలలు ప్రాథమిక ఫెమ్టోసెకండ్ లేజర్ పల్స్ వల్ల కలిగే అసలు అలల కంటే ఎక్కువ పౌనఃపున్యాలు మరియు వ్యాప్తిని కలిగి ఉంటాయి. HHG ప్రక్రియ సమయంలో, నిరంతరం రాళ్లను విసిరేయడం లాంటి శక్తివంతమైన లేజర్ పుంజం, సరస్సు ఉపరితలాన్ని పోలి ఉండే వాయు లక్ష్యాన్ని ప్రకాశవంతం చేస్తుంది. ఈ తీవ్రమైన లేజర్ క్షేత్రం వాయువులోని ఎలక్ట్రాన్‌లను, అలలకు సమానంగా, వాటి మాతృ అణువుల నుండి దూరంగా నడిపిస్తుంది మరియు తరువాత వాటిని వెనక్కి లాగుతుంది. ఒక ఎలక్ట్రాన్ అణువుకు తిరిగి వచ్చిన ప్రతిసారీ, అది మరింత క్లిష్టమైన అలల నమూనాల మాదిరిగానే అధిక పౌనఃపున్యంతో కొత్త లేజర్ పుంజాన్ని విడుదల చేస్తుంది.

వడపోత మరియు దృష్టి కేంద్రీకరించడం:

కొత్తగా ఉత్పత్తి చేయబడిన ఈ లేజర్ కిరణాలన్నింటినీ కలపడం వలన వివిధ రంగుల (ఫ్రీక్వెన్సీలు లేదా తరంగదైర్ఘ్యాలు) స్పెక్ట్రం లభిస్తుంది, వీటిలో కొన్ని అటోసెకండ్ లేజర్‌ను ఏర్పరుస్తాయి. నిర్దిష్ట అలల పరిమాణాలు మరియు పౌనఃపున్యాలను వేరుచేయడానికి, మీరు కావలసిన అలలను ఎంచుకోవడానికి సమానమైన ప్రత్యేక ఫిల్టర్‌ను ఉపయోగించవచ్చు మరియు వాటిని ఒక నిర్దిష్ట ప్రాంతంపై కేంద్రీకరించడానికి భూతద్దాన్ని ఉపయోగించవచ్చు.

పల్స్ కంప్రెషన్ (అవసరమైతే):

మీరు తరంగాలను వేగంగా మరియు తక్కువ సమయంలో వ్యాప్తి చేయాలనే లక్ష్యంతో ఉంటే, మీరు ఒక ప్రత్యేక పరికరాన్ని ఉపయోగించి వాటి వ్యాప్తిని వేగవంతం చేయవచ్చు, ప్రతి తరంగాల వ్యవధిని తగ్గిస్తుంది. అటోసెకండ్ లేజర్‌ల ఉత్పత్తి ప్రక్రియల సంక్లిష్ట పరస్పర చర్యను కలిగి ఉంటుంది. అయితే, విభజించి దృశ్యమానం చేసినప్పుడు, అది మరింత అర్థమయ్యేలా అవుతుంది.