3 آڪٽوبر 2023 جي شام جو هڪ اهم اعلان ۾، سال 2023 لاءِ فزڪس ۾ نوبل انعام جو اعلان ڪيو ويو، جنهن ۾ ٽن سائنسدانن جي شاندار خدمتن کي تسليم ڪيو ويو، جن ايٽو سيڪنڊ ليزر ٽيڪنالاجي جي ميدان ۾ اهم ڪردار ادا ڪيو آهي.

"ايٽوسڪنڊ ليزر" جو اصطلاح ان جو نالو ناقابل يقين حد تائين مختصر وقت جي پيماني تان ورتل آهي جنهن تي اهو ڪم ڪري ٿو، خاص طور تي ايٽوسڪنڊ جي ترتيب ۾، 10^-18 سيڪنڊن جي مطابق. هن ٽيڪنالاجي جي گهري اهميت کي سمجهڻ لاءِ، هڪ بنيادي سمجھڻ ته هڪ ايٽوسڪنڊ ڇا مطلب آهي تمام ضروري آهي. هڪ ايٽوسڪنڊ وقت جي هڪ انتهائي ننڍڙي يونٽ جي طور تي بيٺو آهي، جيڪو هڪ سيڪنڊ جي وسيع تناظر ۾ هڪ سيڪنڊ جي هڪ اربين حصي جو هڪ ارب حصو آهي. ان کي تناظر ۾ رکڻ لاءِ، جيڪڏهن اسان هڪ سيڪنڊ کي هڪ بلند جبل سان تشبيهه ڏيون ٿا، ته هڪ ايٽوسڪنڊ جبل جي بنياد تي رکيل ريتي جي هڪ داڻي جي برابر هوندو. هن عارضي وقتي وقفي ۾، روشني به مشڪل سان هڪ انفرادي ايٽم جي سائيز جي برابر فاصلو پار ڪري سگهي ٿي. ايٽوسڪنڊ ليزر جي استعمال ذريعي، سائنسدان ايٽمي ڍانچي اندر اليڪٽرانن جي پيچيده حرڪيات کي جانچڻ ۽ انهن کي هٿي وٺرائڻ جي بي مثال صلاحيت حاصل ڪن ٿا، هڪ سينيما جي ترتيب ۾ فريم بائي فريم سست رفتار ري پلے وانگر، انهي ڪري انهن جي انٽرپلي ۾ داخل ٿين ٿا.

ايٽو سيڪنڊ ليزرسائنسدانن جي وسيع تحقيق ۽ گڏيل ڪوششن جي انتها جي نمائندگي ڪن ٿا، جن الٽرا فاسٽ ليزر ٺاهڻ لاءِ نان لائنر آپٽڪس جي اصولن کي استعمال ڪيو آهي. انهن جي آمد اسان کي ايٽم، ماليڪيول، ۽ ايستائين جو مضبوط مواد ۾ اليڪٽرانن جي اندر ٿيندڙ متحرڪ عملن جي مشاهدي ۽ ڳولا لاءِ هڪ جديد نقطي سان نوازيو آهي.

روايتي ليزرن جي مقابلي ۾ ايٽو سيڪنڊ ليزرن جي نوعيت کي واضح ڪرڻ ۽ انهن جي غير روايتي خاصيتن جي تعريف ڪرڻ لاءِ، اهو ضروري آهي ته انهن جي درجه بندي کي وسيع "ليزر خاندان" اندر ڳولهيو وڃي. طول موج جي لحاظ کان درجه بندي ايٽو سيڪنڊ ليزرن کي بنيادي طور تي الٽراوائليٽ کان نرم ايڪس ري فريڪوئنسي جي حد ۾ رکي ٿي، روايتي ليزرن جي مقابلي ۾ انهن جي خاص طور تي ننڍي طول موج جي نشاندهي ڪري ٿي. آئوٽ پُٽ موڊ جي لحاظ کان، ايٽو سيڪنڊ ليزر نبض ٿيل ليزرن جي درجي ۾ اچن ٿا، جيڪي انهن جي انتهائي مختصر نبض جي مدت جي خاصيت رکن ٿا. وضاحت لاءِ هڪ تشبيه ڪڍڻ لاءِ، ڪو به مسلسل-لہر ليزرن کي هڪ ٽارچ جي برابر تصور ڪري سگهي ٿو جيڪو روشني جي مسلسل شعاع کي خارج ڪري ٿو، جڏهن ته نبض ٿيل ليزر هڪ اسٽروب روشني وانگر آهن، روشني ۽ اونداهي جي دورن جي وچ ۾ تيزي سان متبادل. جوهر ۾، ايٽو سيڪنڊ ليزر روشني ۽ اونداهي جي اندر هڪ ڌڙڪندڙ رويي کي ظاهر ڪن ٿا، پر ٻنهي حالتن جي وچ ۾ انهن جي منتقلي هڪ حيرت انگيز تعدد تي ٿيندي آهي، ايٽو سيڪنڊن جي دائري تائين پهچندي آهي.

پاور جي لحاظ کان وڌيڪ درجه بندي ليزر کي گهٽ-پاور، وچولي-پاور، ۽ اعلي-پاور بریکٹس ۾ رکي ٿي. ايٽو سيڪنڊ ليزر پنهنجي انتهائي مختصر نبض جي مدت جي ڪري اعليٰ چوٽي جي طاقت حاصل ڪن ٿا، جنهن جي نتيجي ۾ هڪ واضح چوٽي جي طاقت (P) پيدا ٿئي ٿي - جيڪا في يونٽ وقت توانائي جي شدت (P=W/t) جي طور تي بيان ڪئي وئي آهي. جيتوڻيڪ انفرادي ايٽو سيڪنڊ ليزر دال غير معمولي طور تي وڏي توانائي (W) نه رکي سگهن ٿيون، انهن جي مختصر وقتي حد (t) انهن کي بلند چوٽي جي طاقت فراهم ڪري ٿي.

ايپليڪيشن ڊومينز جي لحاظ کان، ليزر صنعتي، طبي ۽ سائنسي ايپليڪيشنن کي شامل ڪندڙ هڪ اسپيڪٽرم تي پکڙيل آهن. ايٽو سيڪنڊ ليزر بنيادي طور تي سائنسي تحقيق جي دائري ۾ پنهنجو مقام ڳوليندا آهن، خاص طور تي فزڪس ۽ ڪيمسٽري جي ڊومينز اندر تيزي سان ترقي ڪندڙ رجحانن جي ڳولا ۾، مائڪرو ڪاسمڪ دنيا جي تيز متحرڪ عملن ۾ هڪ ونڊو پيش ڪندا آهن.

ليزر ميڊيم جي لحاظ کان درجه بندي ليزر کي گيس ليزر، سولڊ اسٽيٽ ليزر، مائع ليزر، ۽ سيمي ڪنڊڪٽر ليزر جي طور تي بيان ڪري ٿي. ايٽو سيڪنڊ ليزر جي پيداوار عام طور تي گيس ليزر ميڊيا تي منحصر هوندي آهي، اعليٰ ترتيب واري هارمونڪس پيدا ڪرڻ لاءِ غير لڪير آپٽيڪل اثرات تي سرمائيداري ڪندي.

مجموعي طور تي، ايٽو سيڪنڊ ليزر مختصر نبض ليزرن جو هڪ منفرد طبقو آهن، جيڪي انهن جي غير معمولي مختصر نبض جي مدت جي ڪري ممتاز آهن، عام طور تي ايٽو سيڪنڊن ۾ ماپي وينديون آهن. نتيجي طور، اهي ايٽم، ماليڪيول، ۽ مضبوط مواد اندر اليڪٽرانن جي الٽرا فاسٽ متحرڪ عملن کي ڏسڻ ۽ ڪنٽرول ڪرڻ لاءِ لازمي اوزار بڻجي ويا آهن.

ايٽو سيڪنڊ ليزر جنريشن جو تفصيلي عمل

ايٽو سيڪنڊ ليزر ٽيڪنالاجي سائنسي جدت جي سڀ کان اڳيان آهي، ان جي نسل لاءِ هڪ دلچسپ ۽ سخت شرطن جو سيٽ پيش ڪري ٿي. ايٽو سيڪنڊ ليزر جي پيداوار جي پيچيدگين کي واضح ڪرڻ لاءِ، اسان ان جي بنيادي اصولن جي هڪ مختصر وضاحت سان شروع ڪريون ٿا، جنهن کان پوءِ روزمره جي تجربن مان نڪتل واضح استعارا آهن. لاڳاپيل فزڪس جي پيچيدگين ۾ اڻڄاڻ پڙهندڙن کي مايوس ٿيڻ جي ضرورت ناهي، ڇاڪاڻ ته ايندڙ استعارن جو مقصد ايٽو سيڪنڊ ليزر جي بنيادي فزڪس کي رسائي لائق بڻائڻ آهي.

ايٽو سيڪنڊ ليزر جي پيداوار جو عمل بنيادي طور تي هاءِ هارمونڪ جنريشن (HHG) جي نالي سان مشهور ٽيڪنڪ تي ڀاڙي ٿو. پهرين، تيز-شدت واري فيمٽو سيڪنڊ (10^-15 سيڪنڊ) ليزر پلس جو هڪ شعاع هڪ گيس جي ٽارگيٽ مواد تي مضبوطيءَ سان مرڪوز ڪيو ويندو آهي. اهو نوٽ ڪرڻ جي قابل آهي ته فيمٽو سيڪنڊ ليزر، ايٽو سيڪنڊ ليزر وانگر، مختصر نبض جي مدت ۽ اعلي چوٽي جي طاقت جي خاصيتن کي حصيداري ڪن ٿا. شديد ليزر فيلڊ جي اثر هيٺ، گئس ايٽم اندر اليڪٽران لمحي طور تي انهن جي ايٽمي نيوڪلئي کان آزاد ٿي ويندا آهن، عارضي طور تي آزاد اليڪٽران جي حالت ۾ داخل ٿيندا آهن. جيئن اهي اليڪٽران ليزر فيلڊ جي جواب ۾ oscillate ڪندا آهن، اهي آخرڪار واپس ايندا آهن ۽ پنهنجي والدين ايٽمي نيوڪلئي سان ٻيهر ملائي ويندا آهن، نئين اعلي توانائي رياستون ٺاهيندا آهن.

هن عمل دوران، اليڪٽران انتهائي تيز رفتار سان هلن ٿا، ۽ ايٽمي مرڪز سان ٻيهر ملائڻ تي، اهي اعلي هارمونڪ اخراج جي صورت ۾ اضافي توانائي خارج ڪن ٿا، جيڪي اعلي توانائي فوٽان جي طور تي ظاهر ٿين ٿا.

انهن نئين پيدا ٿيندڙ هاءِ-انرجي فوٽونز جون فريڪوئنسيون اصل ليزر فريڪوئنسي جا انٽيجر ملٽيپل آهن، جيڪي هاءِ-آرڊر هارمونڪس کي ٺاهينديون آهن، جتي "هارمونڪس" فريڪوئنسي کي ظاهر ڪري ٿو جيڪي اصل فريڪوئنسي جا انٽيگرل ملٽيپل آهن. ايٽو سيڪنڊ ليزر حاصل ڪرڻ لاءِ، انهن هاءِ-آرڊر هارمونڪس کي فلٽر ڪرڻ ۽ فوڪس ڪرڻ ضروري ٿي ويندو آهي، مخصوص هارمونڪس کي چونڊڻ ۽ انهن کي هڪ مرڪزي نقطي ۾ مرڪوز ڪرڻ. جيڪڏهن گهربل هجي، ته نبض ڪمپريشن ٽيڪنڪ نبض جي مدت کي وڌيڪ مختصر ڪري سگهن ٿيون، ايٽو سيڪنڊ رينج ۾ الٽرا شارٽ پلسز پيدا ڪري سگهن ٿيون. ظاهر آهي ته، ايٽو سيڪنڊ ليزر جي پيداوار هڪ نفيس ۽ گهڻ رخي عمل آهي، جنهن ۾ اعليٰ درجي جي ٽيڪنيڪل صلاحيت ۽ خاص سامان جي ضرورت آهي.

هن پيچيده عمل کي غير واضح ڪرڻ لاءِ، اسان روزمره جي منظرنامي ۾ ٻڌل هڪ استعاري متوازي پيش ڪريون ٿا:

تيز شدت واري فيمٽو سيڪنڊ ليزر نبضون:

تصور ڪريو ته هڪ غير معمولي طاقتور ڪيٽيپلٽ آهي جيڪو فوري طور تي وڏي رفتار سان پٿر اڇلائڻ جي قابل آهي، جيڪو تيز شدت واري فيمٽو سيڪنڊ ليزر پلسز پاران ادا ڪيل ڪردار جي برابر آهي.

گيس وارو ٽارگيٽ مواد:

پاڻيءَ جي هڪ پُرسڪون جسم جو تصور ڪريو جيڪو گيس جي نشانو بڻايل مواد جي علامت آهي، جتي پاڻيءَ جو هر قطرو بيشمار گيس ايٽم جي نمائندگي ڪري ٿو. پاڻيءَ جي هن جسم ۾ پٿرن کي اڳتي وڌائڻ جو عمل گيس جي نشانو بڻايل مواد تي تيز شدت واري فيمٽو سيڪنڊ ليزر پلس جي اثر کي هڪجهڙائي سان ظاهر ڪري ٿو.

اليڪٽران جي حرڪت ۽ ٻيهر ميلاپ (جسماني طور تي منتقلي سڏيو ويندو آهي):

جڏهن فيمٽو سيڪنڊ ليزر پلس گيس جي ٽارگيٽ مواد اندر گئس ايٽم تي اثر انداز ٿين ٿا، ته ٻاهرين اليڪٽرانن جو هڪ اهم تعداد لمحي طور تي هڪ اهڙي حالت ڏانهن پرجوش ٿي ويندو آهي جتي اهي پنهنجي لاڳاپيل ايٽمي مرڪز کان الڳ ٿي ويندا آهن، هڪ پلازما جهڙي حالت ٺاهيندا آهن. جيئن سسٽم جي توانائي بعد ۾ گهٽجي ويندي آهي (ڇاڪاڻ ته ليزر پلس فطري طور تي نبض ٿيل آهن، بندش جي وقفن جي خاصيت)، اهي ٻاهرين اليڪٽران ايٽمي مرڪز جي پنهنجي ويجهو واپس ايندا آهن، اعلي توانائي وارا فوٽون جاري ڪندا آهن.

اعليٰ هارمونڪ نسل:

تصور ڪريو ته هر ڀيري جڏهن پاڻي جو قطرو ڍنڍ جي مٿاڇري تي واپس ڪري ٿو، ته اهو لهرون پيدا ڪري ٿو، بلڪل ايٽو سيڪنڊ ليزر ۾ اعليٰ هارمونڪس وانگر. انهن لهرن ۾ پرائمري فيمٽو سيڪنڊ ليزر پلس جي ڪري پيدا ٿيندڙ اصل لهرن کان وڌيڪ فريڪوئنسي ۽ ايمپليٽيوڊ آهن. HHG عمل دوران، هڪ طاقتور ليزر بيم، مسلسل پٿر اڇلائڻ جي برابر، هڪ گئس ٽارگيٽ کي روشن ڪري ٿو، جيڪو ڍنڍ جي مٿاڇري وانگر آهي. هي شديد ليزر فيلڊ گئس ۾ اليڪٽرانن کي هلائي ٿو، لهرن جي برابر، انهن جي والدين ايٽم کان پري ۽ پوءِ انهن کي واپس ڇڪي ٿو. هر ڀيري جڏهن هڪ اليڪٽران ايٽم ڏانهن موٽندو آهي، ته اهو هڪ نئين ليزر بيم کي وڌيڪ فريڪوئنسي سان خارج ڪري ٿو، جيڪو وڌيڪ پيچيده لهرن جي نمونن وانگر آهي.

فلٽرنگ ۽ فوڪسنگ:

انهن سڀني نئين پيدا ٿيل ليزر بيم کي گڏ ڪرڻ سان مختلف رنگن (تعدد يا طول موج) جو هڪ اسپيڪٽرم پيدا ٿئي ٿو، جن مان ڪجهه ايٽو سيڪنڊ ليزر ٺاهيندا آهن. مخصوص لهرن جي سائيز ۽ فريڪوئنسي کي الڳ ڪرڻ لاءِ، توهان هڪ خاص فلٽر استعمال ڪري سگهو ٿا، جيڪو گهربل لهرن کي چونڊڻ وانگر آهي، ۽ انهن کي هڪ مخصوص علائقي تي ڌيان ڏيڻ لاءِ هڪ ميگنيفائنگ گلاس استعمال ڪري سگهو ٿا.

نبض جو دٻاءُ (جيڪڏهن ضروري هجي):

جيڪڏهن توهان جو مقصد لھرن کي تيز ۽ ننڍو ڪرڻ آهي، ته پوءِ توهان هڪ خاص ڊوائيس استعمال ڪندي انهن جي پکيڙ کي تيز ڪري سگهو ٿا، هر لھر جي رهڻ جو وقت گهٽائي سگهو ٿا. ايٽو سيڪنڊ ليزر جي پيداوار ۾ عملن جو هڪ پيچيده انٽرپلي شامل آهي. جڏهن ته، جڏهن ان کي ٽوڙيو وڃي ٿو ۽ تصور ڪيو وڃي ٿو، ته اهو وڌيڪ سمجھڻ لائق ٿي ويندو آهي.