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

"అట్టోసెకండ్ లేజర్" అనే పదం దాని పేరును 10^-18 సెకన్లకు అనుగుణంగా ప్రత్యేకంగా అటోసెకన్ల క్రమంలో, అది పనిచేసే చాలా క్లుప్త సమయ ప్రమాణం నుండి వచ్చింది. ఈ సాంకేతికత యొక్క లోతైన ప్రాముఖ్యతను గ్రహించడానికి, అటోసెకండ్ దేనిని సూచిస్తుందనే దాని యొక్క ప్రాథమిక అవగాహన చాలా ముఖ్యమైనది. అటోసెకండ్ అనేది సమయం యొక్క అత్యంత నిమిషాల యూనిట్‌గా నిలుస్తుంది, ఇది ఒక సెకను యొక్క విస్తృత సందర్భంలో సెకనులో బిలియన్‌లో ఒక వంతు ఉంటుంది. దీనిని దృష్టిలో ఉంచుకుంటే, మనం ఒక సెకనును ఎత్తైన పర్వతంతో పోల్చినట్లయితే, ఒక అటోసెకండ్ పర్వతం అడుగుభాగంలో ఉన్న ఇసుక రేణువుతో సమానంగా ఉంటుంది. ఈ నశ్వరమైన తాత్కాలిక విరామంలో, కాంతి కూడా ఒక వ్యక్తి పరమాణువు యొక్క పరిమాణానికి సమానమైన దూరాన్ని దాటదు. అటోసెకండ్ లేజర్‌ల వినియోగం ద్వారా, శాస్త్రవేత్తలు అణు నిర్మాణాలలోని ఎలక్ట్రాన్‌ల యొక్క క్లిష్టమైన డైనమిక్‌లను పరిశీలించి మరియు మార్చగల అపూర్వమైన సామర్థ్యాన్ని పొందారు, ఇది సినిమాటిక్ సీక్వెన్స్‌లో ఫ్రేమ్-బై-ఫ్రేమ్ స్లో-మోషన్ రీప్లే వలె ఉంటుంది, తద్వారా వాటి ఇంటర్‌ప్లేను పరిశీలిస్తుంది.

అటోసెకండ్ లేజర్స్అల్ట్రాఫాస్ట్ లేజర్‌లను రూపొందించడానికి నాన్‌లీనియర్ ఆప్టిక్స్ సూత్రాలను ఉపయోగించుకున్న శాస్త్రవేత్తల విస్తృతమైన పరిశోధన మరియు సమిష్టి ప్రయత్నాల ముగింపును సూచిస్తుంది. ఘన పదార్ధాలలో అణువులు, అణువులు మరియు ఎలక్ట్రాన్‌లలో కూడా ప్రసరించే డైనమిక్ ప్రక్రియల పరిశీలన మరియు అన్వేషణ కోసం వారి ఆగమనం మాకు ఒక వినూత్న వాన్టేజ్ పాయింట్‌ను అందించింది.

అటోసెకండ్ లేజర్‌ల స్వభావాన్ని విశదీకరించడానికి మరియు సాంప్రదాయ లేజర్‌లతో పోల్చితే వాటి అసాధారణ లక్షణాలను అభినందించడానికి, విస్తృత "లేజర్ కుటుంబం"లో వాటి వర్గీకరణను అన్వేషించడం అత్యవసరం. తరంగదైర్ఘ్యం ద్వారా వర్గీకరణ ప్రధానంగా అతినీలలోహిత నుండి మృదువైన ఎక్స్-రే పౌనఃపున్యాల పరిధిలో అటోసెకండ్ లేజర్‌లను ఉంచుతుంది, ఇది సంప్రదాయ లేజర్‌లకు విరుద్ధంగా వాటి తక్కువ తరంగదైర్ఘ్యాలను సూచిస్తుంది. అవుట్‌పుట్ మోడ్‌ల పరంగా, అటోసెకండ్ లేజర్‌లు పల్సెడ్ లేజర్‌ల వర్గంలోకి వస్తాయి, వాటి అతి క్లుప్తమైన పల్స్ వ్యవధిని కలిగి ఉంటుంది. స్పష్టత కోసం ఒక సారూప్యతను గీయడానికి, నిరంతర-వేవ్ లేజర్‌లను ఒక నిరంతర కాంతి పుంజం విడుదల చేసే ఫ్లాష్‌లైట్‌తో సమానంగా ఊహించవచ్చు, అయితే పల్సెడ్ లేజర్‌లు స్ట్రోబ్ లైట్‌ను పోలి ఉంటాయి, ప్రకాశం మరియు చీకటి కాలాల మధ్య వేగంగా మారుతూ ఉంటాయి. సారాంశంలో, అటోసెకండ్ లేజర్‌లు ప్రకాశం మరియు చీకటిలో పల్సేటింగ్ ప్రవర్తనను ప్రదర్శిస్తాయి, అయినప్పటికీ రెండు రాష్ట్రాల మధ్య వాటి పరివర్తన ఆశ్చర్యకరమైన పౌనఃపున్యంతో అటోసెకన్ల రంగానికి చేరుకుంటుంది.

శక్తి ద్వారా మరింత వర్గీకరణ లేజర్‌లను తక్కువ-శక్తి, మధ్యస్థ-శక్తి మరియు అధిక-శక్తి బ్రాకెట్‌లుగా ఉంచుతుంది. అటోసెకండ్ లేజర్‌లు వాటి అతి తక్కువ పల్స్ వ్యవధి కారణంగా అధిక గరిష్ట శక్తిని సాధిస్తాయి, ఫలితంగా గరిష్ట శక్తి (P) ఉచ్ఛరిస్తారు - యూనిట్ సమయానికి శక్తి యొక్క తీవ్రత (P=W/t)గా నిర్వచించబడింది. వ్యక్తిగత అటోసెకండ్ లేజర్ పప్పులు అనూహ్యంగా పెద్ద శక్తిని (W) కలిగి ఉండకపోయినా, వాటి సంక్షిప్త టెంపోరల్ పరిధి (t) వాటిని ఎలివేటెడ్ పీక్ పవర్‌తో అందిస్తుంది.

అప్లికేషన్ డొమైన్‌ల పరంగా, లేజర్‌లు పారిశ్రామిక, వైద్య మరియు శాస్త్రీయ అనువర్తనాలను కలిగి ఉన్న స్పెక్ట్రమ్‌ను విస్తరించాయి. అటోసెకండ్ లేజర్‌లు ప్రాథమికంగా శాస్త్రీయ పరిశోధన పరిధిలో తమ సముచిత స్థానాన్ని కనుగొంటాయి, ప్రత్యేకించి భౌతిక శాస్త్రం మరియు రసాయన శాస్త్ర డొమైన్‌లలో వేగంగా అభివృద్ధి చెందుతున్న దృగ్విషయాల అన్వేషణలో, మైక్రోకోస్మిక్ ప్రపంచంలోని వేగవంతమైన డైనమిక్ ప్రక్రియలకు విండోను అందిస్తాయి.

లేజర్ మాధ్యమం ద్వారా వర్గీకరణ లేజర్‌లను గ్యాస్ లేజర్‌లు, సాలిడ్-స్టేట్ లేజర్‌లు, లిక్విడ్ లేజర్‌లు మరియు సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లుగా వివరిస్తుంది. అటోసెకండ్ లేజర్‌ల తరం సాధారణంగా గ్యాస్ లేజర్ మీడియాపై ఆధారపడి ఉంటుంది, హై-ఆర్డర్ హార్మోనిక్‌లను రూపొందించడానికి నాన్‌లీనియర్ ఆప్టికల్ ఎఫెక్ట్‌లను క్యాపిటలైజ్ చేస్తుంది.

సమ్మషన్‌లో, అటోసెకండ్ లేజర్‌లు షార్ట్-పల్స్ లేజర్‌ల యొక్క ప్రత్యేకమైన తరగతిని కలిగి ఉంటాయి, వాటి అసాధారణమైన సంక్షిప్త పల్స్ వ్యవధుల ద్వారా వేరు చేయబడతాయి, సాధారణంగా అటోసెకన్‌లలో కొలుస్తారు. ఫలితంగా, పరమాణువులు, అణువులు మరియు ఘన పదార్థాలలో ఎలక్ట్రాన్ల యొక్క అల్ట్రాఫాస్ట్ డైనమిక్ ప్రక్రియలను గమనించడానికి మరియు నియంత్రించడానికి అవి అనివార్య సాధనాలుగా మారాయి.

అటోసెకండ్ లేజర్ జనరేషన్ యొక్క విస్తృతమైన ప్రక్రియ

అట్టోసెకండ్ లేజర్ సాంకేతికత శాస్త్రీయ ఆవిష్కరణలో ముందంజలో ఉంది, దాని తరం కోసం చమత్కారమైన కఠినమైన పరిస్థితులను కలిగి ఉంది. అటోసెకండ్ లేజర్ జనరేషన్ యొక్క చిక్కులను వివరించడానికి, మేము దాని అంతర్లీన సూత్రాల సంక్షిప్త వివరణతో ప్రారంభిస్తాము, దాని తర్వాత రోజువారీ అనుభవాల నుండి ఉత్పన్నమైన స్పష్టమైన రూపకాలు. సంబంధిత భౌతిక శాస్త్రంలోని చిక్కులపై అవగాహన 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. ముందుగా, అధిక-తీవ్రత గల ఫెమ్టోసెకండ్ (10^-15 సెకన్లు) లేజర్ పప్పుల పుంజం వాయు లక్ష్య పదార్థంపై గట్టిగా కేంద్రీకరించబడుతుంది. అటోసెకండ్ లేజర్‌ల మాదిరిగానే ఫెమ్టోసెకండ్ లేజర్‌లు తక్కువ పల్స్ వ్యవధి మరియు అధిక గరిష్ట శక్తిని కలిగి ఉండే లక్షణాలను పంచుకోవడం గమనించదగ్గ విషయం. తీవ్రమైన లేజర్ ఫీల్డ్ ప్రభావంతో, గ్యాస్ పరమాణువులలోని ఎలక్ట్రాన్లు వాటి పరమాణు కేంద్రకాల నుండి క్షణికంగా విముక్తి చెందుతాయి, అస్థిరంగా స్వేచ్ఛా ఎలక్ట్రాన్ల స్థితిలోకి ప్రవేశిస్తాయి. ఈ ఎలక్ట్రాన్లు లేజర్ క్షేత్రానికి ప్రతిస్పందనగా ఊగిసలాడుతుండగా, అవి చివరికి తిరిగి వచ్చి వాటి మాతృ పరమాణు కేంద్రకాలతో కలిసి కొత్త అధిక-శక్తి స్థితులను సృష్టిస్తాయి.

ఈ ప్రక్రియలో, ఎలక్ట్రాన్లు చాలా అధిక వేగంతో కదులుతాయి మరియు పరమాణు కేంద్రకాలతో పునఃసంయోగం చేసిన తర్వాత, అవి అధిక హార్మోనిక్ ఉద్గారాల రూపంలో అదనపు శక్తిని విడుదల చేస్తాయి, ఇవి అధిక-శక్తి ఫోటాన్‌లుగా వ్యక్తమవుతాయి.

ఈ కొత్తగా ఉత్పత్తి చేయబడిన అధిక-శక్తి ఫోటాన్‌ల పౌనఃపున్యాలు అసలైన లేజర్ ఫ్రీక్వెన్సీ యొక్క పూర్ణాంక గుణకాలు, వీటిని హై-ఆర్డర్ హార్మోనిక్స్ అని పిలుస్తారు, ఇక్కడ "హార్మోనిక్స్" అనేది అసలైన ఫ్రీక్వెన్సీ యొక్క సమగ్ర గుణకాలు అయిన పౌనఃపున్యాలను సూచిస్తుంది. అటోసెకండ్ లేజర్‌లను పొందేందుకు, ఈ హై-ఆర్డర్ హార్మోనిక్‌లను ఫిల్టర్ చేయడం మరియు ఫోకస్ చేయడం, నిర్దిష్ట హార్మోనిక్స్‌లను ఎంచుకోవడం మరియు వాటిని కేంద్ర బిందువుగా కేంద్రీకరించడం అవసరం. కావాలనుకుంటే, పల్స్ కంప్రెషన్ టెక్నిక్‌లు పల్స్ వ్యవధిని మరింత సంక్షిప్తీకరించగలవు, అటోసెకండ్ పరిధిలో అల్ట్రా-షార్ట్ పల్స్‌లను అందిస్తాయి. స్పష్టంగా, అటోసెకండ్ లేజర్‌ల తరం అధునాతనమైన మరియు బహుముఖ ప్రక్రియను కలిగి ఉంటుంది, అధిక స్థాయి సాంకేతిక నైపుణ్యం మరియు ప్రత్యేక పరికరాలను డిమాండ్ చేస్తుంది.

ఈ క్లిష్టమైన ప్రక్రియను నిర్వీర్యం చేయడానికి, మేము రోజువారీ దృశ్యాలలో గ్రౌన్దేడ్ చేయబడిన రూపక సమాంతరాన్ని అందిస్తున్నాము:

అధిక-తీవ్రత ఫెమ్టోసెకండ్ లేజర్ పప్పులు:

అధిక-తీవ్రత కలిగిన ఫెమ్టోసెకండ్ లేజర్ పప్పులు పోషించే పాత్రకు సమానమైన, భారీ వేగంతో తక్షణమే రాళ్లను విసరగల అసాధారణమైన శక్తివంతమైన కాటాపుల్ట్‌ను కలిగి ఉన్నట్లు ఊహించండి.

వాయు లక్ష్య పదార్థం:

వాయు లక్ష్య పదార్థానికి ప్రతీకగా ఉండే ప్రశాంతమైన నీటి శరీరాన్ని చిత్రించండి, ఇక్కడ ప్రతి నీటి బిందువు అనేక వాయువు అణువులను సూచిస్తుంది. ఈ నీటి శరీరంలోకి రాళ్లను నడిపించే చర్య వాయు లక్ష్య పదార్థంపై అధిక-తీవ్రత కలిగిన ఫెమ్టోసెకండ్ లేజర్ పప్పుల ప్రభావాన్ని ప్రతిబింబిస్తుంది.

ఎలక్ట్రాన్ మోషన్ మరియు రీకాంబినేషన్ (భౌతికంగా పరివర్తన):

ఫెమ్టోసెకండ్ లేజర్ పప్పులు వాయు లక్ష్య పదార్థంలోని వాయువు పరమాణువులను ప్రభావితం చేసినప్పుడు, గణనీయమైన సంఖ్యలో బాహ్య ఎలక్ట్రాన్లు వాటి సంబంధిత పరమాణు కేంద్రకాల నుండి విడిపోయి ప్లాస్మా-వంటి స్థితిని ఏర్పరుస్తాయి. వ్యవస్థ యొక్క శక్తి తదనంతరం తగ్గిపోతుంది (లేజర్ పప్పులు అంతర్లీనంగా పల్స్ చేయబడి, విరమణ యొక్క విరామాలను కలిగి ఉంటాయి కాబట్టి), ఈ బాహ్య ఎలక్ట్రాన్లు పరమాణు కేంద్రకాల సమీపంలోకి తిరిగి వస్తాయి, అధిక-శక్తి ఫోటాన్‌లను విడుదల చేస్తాయి.

హై హార్మోనిక్ జనరేషన్:

నీటి బిందువు సరస్సు ఉపరితలంపైకి తిరిగి వచ్చిన ప్రతిసారి ఊహించండి, ఇది అటోసెకండ్ లేజర్‌లలోని అధిక హార్మోనిక్స్ వలె అలలను సృష్టిస్తుంది. ఈ అలలు ప్రైమరీ ఫెమ్టోసెకండ్ లేజర్ పల్స్ వల్ల కలిగే అసలైన అలల కంటే ఎక్కువ పౌనఃపున్యాలు మరియు వ్యాప్తిని కలిగి ఉంటాయి. HHG ప్రక్రియలో, ఒక శక్తివంతమైన లేజర్ పుంజం, రాళ్లను నిరంతరం విసిరే విధంగా ఉంటుంది, సరస్సు యొక్క ఉపరితలాన్ని పోలి ఉండే గ్యాస్ లక్ష్యాన్ని ప్రకాశిస్తుంది. ఈ తీవ్రమైన లేజర్ ఫీల్డ్ గ్యాస్‌లోని ఎలక్ట్రాన్‌లను, అలలకు సారూప్యంగా, వాటి మాతృ పరమాణువుల నుండి దూరంగా నడిపిస్తుంది మరియు తరువాత వాటిని వెనక్కి లాగుతుంది. ఎలక్ట్రాన్ అణువుకు తిరిగి వచ్చిన ప్రతిసారీ, అది మరింత క్లిష్టమైన అలల నమూనాల మాదిరిగానే అధిక పౌనఃపున్యంతో కొత్త లేజర్ పుంజాన్ని విడుదల చేస్తుంది.

ఫిల్టరింగ్ మరియు ఫోకస్ చేయడం:

కొత్తగా ఉత్పత్తి చేయబడిన ఈ లేజర్ కిరణాలన్నింటినీ కలపడం వలన వివిధ రంగుల (ఫ్రీక్వెన్సీలు లేదా తరంగదైర్ఘ్యాలు) స్పెక్ట్రమ్ లభిస్తుంది, వీటిలో కొన్ని అటోసెకండ్ లేజర్‌ను కలిగి ఉంటాయి. నిర్దిష్ట అలల పరిమాణాలు మరియు పౌనఃపున్యాలను వేరు చేయడానికి, మీరు కోరుకున్న అలలను ఎంచుకోవడానికి సమానమైన ప్రత్యేక ఫిల్టర్‌ను ఉపయోగించవచ్చు మరియు వాటిని నిర్దిష్ట ప్రాంతంపై కేంద్రీకరించడానికి భూతద్దాన్ని ఉపయోగించవచ్చు.

పల్స్ కంప్రెషన్ (అవసరమైతే):

మీరు అలలను వేగంగా మరియు తక్కువగా ప్రచారం చేయాలని లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నట్లయితే, మీరు ఒక ప్రత్యేక పరికరాన్ని ఉపయోగించి వాటి ప్రచారాన్ని వేగవంతం చేయవచ్చు, ప్రతి అలల ఉండే సమయాన్ని తగ్గించవచ్చు. అటోసెకండ్ లేజర్‌ల తరం ప్రక్రియల సంక్లిష్ట పరస్పర చర్యను కలిగి ఉంటుంది. అయితే, విచ్ఛిన్నం మరియు దృశ్యమానం చేసినప్పుడు, అది మరింత అర్థమవుతుంది.