3 ऑक्टोबर, 2023 रोजी संध्याकाळी एका महत्त्वपूर्ण घोषणेमध्ये, ॲटोसेकंद लेझर तंत्रज्ञानाच्या क्षेत्रात अग्रणी म्हणून निर्णायक भूमिका बजावणाऱ्या तीन शास्त्रज्ञांच्या उल्लेखनीय योगदानाची दखल घेऊन, 2023 सालच्या भौतिकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिकाचे अनावरण करण्यात आले.

"ॲटोसेकंद लेसर" या शब्दाचे नाव ते चालवलेल्या आश्चर्यकारकपणे संक्षिप्त टाइमस्केलवरून आले आहे, विशेषत: 10^-18 सेकंदाशी संबंधित ॲटोसेकंदांच्या क्रमाने. या तंत्रज्ञानाचे सखोल महत्त्व समजून घेण्यासाठी, ॲटोसेकंद म्हणजे काय याचे मूलभूत आकलन महत्त्वाचे आहे. ॲटोसेकंद हा वेळेचा एक अत्यंत मिनिटाचा एकक आहे, जो एका सेकंदाच्या व्यापक संदर्भात सेकंदाच्या अब्जावांश भागाचा एक अब्जांश भाग बनतो. याच्या दृष्टीकोनातून, जर आपण एका सेकंदाची उपमा एका उंच पर्वताशी केली, तर एक ॲटोसेकंद हा पर्वताच्या पायथ्याशी वसलेल्या वाळूच्या एका दाण्यासारखा असेल. या क्षणभंगुर तात्पुरत्या मध्यांतरात, प्रकाशही केवळ एका अणूच्या आकाराएवढे अंतर पार करू शकतो. ॲटोसेकंद लेसरच्या वापराद्वारे, शास्त्रज्ञांना अणु रचनेतील इलेक्ट्रॉनच्या गुंतागुंतीच्या गतिशीलतेची छाननी आणि हाताळणी करण्याची अभूतपूर्व क्षमता प्राप्त होते, सिनेमॅटिक अनुक्रमात फ्रेम-बाय-फ्रेम स्लो-मोशन रीप्ले प्रमाणेच, ज्यामुळे त्यांच्या इंटरप्लेमध्ये लक्ष वेधले जाते.

ॲटोसेकंद लेसरअल्ट्राफास्ट लेसर तयार करण्यासाठी नॉनलाइनर ऑप्टिक्सच्या तत्त्वांचा वापर करणाऱ्या शास्त्रज्ञांच्या व्यापक संशोधन आणि एकत्रित प्रयत्नांचे पराकाष्ठेचे प्रतिनिधित्व करतात. त्यांच्या आगमनाने आम्हाला अणू, रेणू आणि अगदी घन पदार्थांमधील इलेक्ट्रॉन्समधील गतिमान प्रक्रियांचे निरीक्षण आणि अन्वेषण करण्यासाठी एक नाविन्यपूर्ण सोयीस्कर बिंदू प्रदान केला आहे.

ॲटोसेकंड लेसरचे स्वरूप स्पष्ट करण्यासाठी आणि पारंपारिक लेसरच्या तुलनेत त्यांच्या अपारंपरिक गुणधर्मांची प्रशंसा करण्यासाठी, त्यांचे वर्गीकरण व्यापक "लेझर कुटुंबात" शोधणे अत्यावश्यक आहे. तरंगलांबीच्या ठिकाणांनुसार ॲटोसेकंद लेसरचे वर्गीकरण प्रामुख्याने अल्ट्राव्हायोलेट ते सॉफ्ट एक्स-रे फ्रिक्वेन्सीच्या श्रेणीत, पारंपारिक लेसरच्या विरूद्ध त्यांच्या विशेषत: लहान तरंगलांबी दर्शविते. आउटपुट मोड्सच्या बाबतीत, ॲटोसेकंद लेसर स्पंदित लेसरच्या श्रेणीत येतात, त्यांच्या अत्यंत संक्षिप्त पल्स कालावधीद्वारे वैशिष्ट्यीकृत. स्पष्टतेसाठी एक साधर्म्य काढण्यासाठी, सतत-वेव्ह लेझर्सची कल्पना एका फ्लॅशलाइट सारखीच असते जी सतत प्रकाशाचा किरण उत्सर्जित करते, तर स्पंदित लेसर स्ट्रोब लाइटसारखे दिसतात, प्रदीपन आणि अंधाराच्या दरम्यान वेगाने बदलतात. थोडक्यात, ॲटोसेकंद लेसर प्रदीपन आणि अंधारात धडधडणारे वर्तन प्रदर्शित करतात, तरीही दोन अवस्थांमधील त्यांचे संक्रमण आश्चर्यकारक वारंवारतेने घडते, ॲटोसेकंदच्या क्षेत्रापर्यंत पोहोचते.

पॉवरद्वारे पुढील वर्गीकरण लेसरांना कमी-शक्ती, मध्यम-शक्ती आणि उच्च-शक्ती कंसात ठेवते. ॲटोसेकंद लेसर त्यांच्या अत्यंत कमी पल्स कालावधीमुळे उच्च शिखर शक्ती प्राप्त करतात, परिणामी उच्चार पीक पॉवर (P) - प्रति युनिट वेळ (P=W/t) उर्जेची तीव्रता म्हणून परिभाषित केले जाते. वैयक्तिक ॲटोसेकंद लेसर कडधान्यांमध्ये अपवादात्मकपणे मोठी ऊर्जा (डब्ल्यू) नसली तरी, त्यांचा संक्षिप्त तात्पुरता विस्तार (टी) त्यांना उच्च शिखर शक्ती प्रदान करतो.

ऍप्लिकेशन डोमेन्सच्या संदर्भात, लेसर औद्योगिक, वैद्यकीय आणि वैज्ञानिक अनुप्रयोगांचा समावेश असलेल्या स्पेक्ट्रमचा विस्तार करतात. ॲटोसेकंड लेसर प्रामुख्याने वैज्ञानिक संशोधनाच्या क्षेत्रात त्यांचे स्थान शोधतात, विशेषत: भौतिकशास्त्र आणि रसायनशास्त्राच्या क्षेत्रामध्ये वेगाने विकसित होणाऱ्या घटनांच्या शोधात, सूक्ष्म जगाच्या वेगवान गतिमान प्रक्रियांमध्ये एक विंडो ऑफर करतात.

लेसर माध्यमाद्वारे वर्गीकरण गॅस लेसर, सॉलिड-स्टेट लेसर, लिक्विड लेसर आणि सेमीकंडक्टर लेसर म्हणून लेसरचे वर्णन करते. ॲटोसेकंड लेसरची पिढी सामान्यत: गॅस लेसर मीडियावर टिकून राहते, उच्च-ऑर्डर हार्मोनिक्स तयार करण्यासाठी नॉनलाइनर ऑप्टिकल प्रभावांचे भांडवल करतात.

सारांशात, ॲटोसेकंद लेसर शॉर्ट-पल्स लेसरचा एक अनोखा वर्ग बनवतात, जो त्यांच्या विलक्षण संक्षिप्त पल्स कालावधीने ओळखला जातो, विशेषत: ॲटोसेकंदमध्ये मोजला जातो. परिणामी, अणू, रेणू आणि घन पदार्थांमधील इलेक्ट्रॉनच्या अल्ट्राफास्ट डायनॅमिक प्रक्रियांचे निरीक्षण आणि नियंत्रण करण्यासाठी ते अपरिहार्य साधने बनले आहेत.

ॲटोसेकंद लेसर जनरेशनची विस्तृत प्रक्रिया

ॲटोसेकंड लेसर तंत्रज्ञान हे वैज्ञानिक नवोपक्रमात आघाडीवर आहे, जे त्याच्या पिढीसाठी अतिशय कठोर परिस्थितींचा अभिमान बाळगते. ॲटोसेकंड लेसर जनरेशनची गुंतागुंत स्पष्ट करण्यासाठी, आम्ही त्याच्या मूलभूत तत्त्वांच्या संक्षिप्त प्रदर्शनासह सुरुवात करतो, त्यानंतर दैनंदिन अनुभवांमधून प्राप्त केलेली स्पष्ट रूपकं. संबंधित भौतिकशास्त्राच्या गुंतागुंतीबद्दल माहिती नसलेल्या वाचकांना निराश होण्याची गरज नाही, कारण पुढील रूपकांचा उद्देश ॲटोसेकंड लेझरच्या मूलभूत भौतिकशास्त्राला प्रवेशयोग्य बनवणे आहे.

ॲटोसेकंड लेसरची निर्मिती प्रक्रिया प्रामुख्याने हाय हार्मोनिक जनरेशन (HHG) म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या तंत्रावर अवलंबून असते. प्रथम, उच्च-तीव्रतेचा फेमटोसेकंद (10^-15 सेकंद) लेसर पल्सचा एक किरण वायू लक्ष्यित सामग्रीवर घट्टपणे केंद्रित केला जातो. हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की फेमटोसेकंद लेसर, ॲटोसेकंद लेसर प्रमाणेच, कमी पल्स कालावधी आणि उच्च शिखर शक्ती धारण करण्याची वैशिष्ट्ये सामायिक करतात. प्रखर लेसर फील्डच्या प्रभावाखाली, गॅस अणूंमधील इलेक्ट्रॉन क्षणार्धात त्यांच्या अणू केंद्रकातून मुक्त होतात, क्षणिक मुक्त इलेक्ट्रॉनच्या स्थितीत प्रवेश करतात. लेसर फील्डला प्रतिसाद म्हणून हे इलेक्ट्रॉन दोलन होत असताना, ते शेवटी परत येतात आणि त्यांच्या मूळ अणु केंद्राशी पुन्हा एकत्र येतात, नवीन उच्च-ऊर्जा अवस्था निर्माण करतात.

या प्रक्रियेदरम्यान, इलेक्ट्रॉन अत्यंत उच्च गतीने फिरतात आणि अणू केंद्रकासोबत पुनर्संयोजन केल्यावर, ते उच्च हार्मोनिक उत्सर्जनाच्या स्वरूपात अतिरिक्त ऊर्जा सोडतात, उच्च-ऊर्जा फोटॉन म्हणून प्रकट होतात.

या नव्याने व्युत्पन्न केलेल्या उच्च-ऊर्जा फोटॉनच्या फ्रिक्वेन्सी मूळ लेसर फ्रिक्वेन्सीच्या पूर्णांक गुणाकार आहेत, ज्याला उच्च-ऑर्डर हार्मोनिक्स म्हणतात, जेथे "हार्मोनिक्स" फ्रिक्वेन्सी दर्शवते जे मूळ वारंवारतेचे अविभाज्य गुणाकार आहेत. ॲटोसेकंद लेसर मिळविण्यासाठी, हे उच्च-ऑर्डर हार्मोनिक्स फिल्टर करणे आणि फोकस करणे, विशिष्ट हार्मोनिक्स निवडणे आणि त्यांना केंद्रबिंदूमध्ये केंद्रित करणे आवश्यक आहे. इच्छित असल्यास, पल्स कॉम्प्रेशन तंत्र नाडीचा कालावधी आणखी संक्षिप्त करू शकतात, ज्यामुळे ॲटोसेकंद श्रेणीमध्ये अल्ट्रा-शॉर्ट कडधान्ये मिळतात. स्पष्टपणे, ॲटोसेकंड लेसरची निर्मिती ही एक अत्याधुनिक आणि बहुआयामी प्रक्रिया आहे, ज्यामध्ये उच्च प्रमाणात तांत्रिक पराक्रम आणि विशेष उपकरणे आवश्यक आहेत.

या किचकट प्रक्रियेला अस्पष्ट करण्यासाठी, आम्ही दैनंदिन परिस्थितींमध्ये आधारीत रूपकात्मक समांतर ऑफर करतो:

उच्च-तीव्रता फेमटोसेकंद लेसर डाळी:

उच्च-तीव्रतेच्या फेमटोसेकंद लेसर पल्सद्वारे बजावलेल्या भूमिकेप्रमाणेच, प्रचंड वेगाने दगडफेक करण्यास सक्षम असा अपवादात्मक शक्तिशाली कॅटपल्ट बाळगण्याची कल्पना करा.

वायू लक्ष्य सामग्री:

पाण्याचे एक शांत शरीर चित्र करा जे वायू लक्ष्य सामग्रीचे प्रतीक आहे, जिथे पाण्याचा प्रत्येक थेंब असंख्य वायू अणूंचे प्रतिनिधित्व करतो. पाण्याच्या या शरीरात दगड आणण्याची क्रिया उच्च-तीव्रतेच्या फेमटोसेकंद लेसर डाळींचा वायू लक्ष्य सामग्रीवर प्रभाव दर्शवते.

इलेक्ट्रॉन मोशन आणि रीकॉम्बिनेशन (शारीरिकरित्या टर्म्ड ट्रान्सिशन):

जेव्हा फेमटोसेकंद लेसर पल्स वायूच्या लक्ष्य सामग्रीमधील वायूच्या अणूंवर परिणाम करतात, तेव्हा लक्षणीय संख्येने बाह्य इलेक्ट्रॉन्स क्षणोक्षणी अशा स्थितीत उत्तेजित होतात जिथे ते त्यांच्या संबंधित अणु केंद्रापासून विलग होतात आणि प्लाझ्मासारखी अवस्था बनवतात. प्रणालीची उर्जा कालांतराने कमी होत असताना (लेसर डाळी स्वाभाविकपणे स्पंदित झाल्यामुळे, समाप्तीचे मध्यांतर दर्शवितात), हे बाह्य इलेक्ट्रॉन त्यांच्या अणू केंद्रकाजवळ परत येतात, उच्च-ऊर्जा फोटॉन सोडतात.

उच्च हार्मोनिक निर्मिती:

कल्पना करा की प्रत्येक वेळी पाण्याचा थेंब सरोवराच्या पृष्ठभागावर परत येतो तेव्हा ते तरंग निर्माण करतात, अगदी ॲटोसेकंड लेसरमधील उच्च हार्मोनिक्सप्रमाणे. प्राथमिक फेमटोसेकंद लेसर नाडीमुळे उद्भवणाऱ्या मूळ लहरींपेक्षा या लहरींमध्ये उच्च वारंवारता आणि मोठेपणा असतात. HHG प्रक्रियेदरम्यान, एक शक्तिशाली लेसर बीम, जो सतत फेकल्या जाणाऱ्या दगडांसारखा आहे, लेकच्या पृष्ठभागासारखा दिसणारा, वायू लक्ष्य प्रकाशित करतो. हे प्रखर लेसर फील्ड वायूमधील इलेक्ट्रॉन्सना, तरंगांच्या समान, त्यांच्या मूळ अणूंपासून दूर चालवते आणि नंतर त्यांना मागे खेचते. प्रत्येक वेळी जेव्हा एखादा इलेक्ट्रॉन अणूकडे परत येतो, तेव्हा तो अधिक क्लिष्ट लहरी नमुन्यांप्रमाणे उच्च वारंवारता असलेला नवीन लेसर बीम उत्सर्जित करतो.

फिल्टरिंग आणि फोकसिंग:

या सर्व नव्याने व्युत्पन्न केलेल्या लेसर किरणांना एकत्रित केल्याने विविध रंगांचा (फ्रिक्वेन्सी किंवा तरंगलांबी) स्पेक्ट्रम मिळतो, ज्यापैकी काही ॲटोसेकंड लेसर बनतात. विशिष्ट तरंग आकार आणि फ्रिक्वेन्सी वेगळे करण्यासाठी, आपण इच्छित तरंग निवडण्यासारखे एक विशेष फिल्टर वापरू शकता आणि त्यांना विशिष्ट क्षेत्रावर केंद्रित करण्यासाठी भिंग लावू शकता.

पल्स कॉम्प्रेशन (आवश्यक असल्यास):

जर तुमचे उद्दिष्ट जलद आणि लहान तरंग पसरवायचे असेल, तर तुम्ही विशिष्ट उपकरण वापरून त्यांच्या प्रसाराला गती देऊ शकता, प्रत्येक तरंग टिकून राहण्याचा वेळ कमी करू शकता. ॲटोसेकंड लेसरच्या निर्मितीमध्ये प्रक्रियांचा एक जटिल इंटरप्ले समाविष्ट असतो. तथापि, जेव्हा खंडित केले जाते आणि दृश्यमान केले जाते तेव्हा ते अधिक समजण्यायोग्य होते.