2023年10月3日の夕方の重要な発表で、2023年のノーベル物理学賞が発表され、極端なレーザー技術の領域で先駆者として極めて重要な役割を果たした3人の科学者の顕著な貢献を認識しました。

「attosecondレーザー」という用語は、その名前が、特に10^-18秒に対応する、特にアト秒の順に動作する非常に短いタイムスケールから派生しています。この技術の深い重要性を把握するために、Attosecondが意味するものの基本的な理解が最重要です。 Attosecondは非常に微小単位の時間として立っており、1秒のより広いコンテキスト内で10億分の10分の10秒を構成します。これを視野に入れるために、私たちがそびえ立つ山にちょっとしんでいれば、アト秒は山の基地に囲まれた一粒の砂に似ています。このつかの間の時間間隔では、光でさえ、個々の原子のサイズに相当する距離をかろうじて横断することができます。科学者は、アトセカンドレーザーの利用を通じて、映画のようなシーケンスでフレームごとのスローモーションリプレイに似た原子構造内の電子の複雑なダイナミクスを精査および操作する前例のない能力を獲得し、それによって相互作用を掘り下げます。

Attosecondレーザー非線形光学の原則を活用して超高速レーザーを作成した科学者による広範な研究と協調的な努力の集大成を表しています。彼らの出現は、原子、分子、さらには固体材料の電子さえも蒸散する動的プロセスの観察と探索のための革新的な見晴らしの良い場所を私たちに提供しました。

Attosecondレーザーの性質を解明し、従来のレーザーと比較して型破りな属性を評価するには、より広い「レーザーファミリー」内での分類を探ることが不可欠です。波長による分類は、主に紫外線から柔らかいX線周波数の範囲内にアート秒レーザーを配置し、従来のレーザーとは対照的に顕著な波長を意味します。出力モードに関しては、アト秒レーザーは、非常に短いパルス期間を特徴とするパルスレーザーのカテゴリに該当します。明確にするために類推を描くために、連続した波レーザーを光の連続ビームを発する懐中電灯に似たものとして想像することができますが、パルスレーザーはストロボ光に似ており、照明と闇の期間を急速に交互に交互に繰り返します。本質的に、アト秒レーザーは照明と暗闇の中で脈動する挙動を示しますが、2つの状態間の移行は驚くべき周波数で発生し、アト秒の領域に到達します。

パワーによるさらなる分類により、レーザーは低電力、中力、高出力ブラケットにレーザーを配置します。アトセカンドレーザーは、非常に短いパルス期間のために高いピーク電力を獲得し、単位時間あたりのエネルギーの強度（P = w/t）として定義される顕著なピークパワー（P）をもたらします。個々のアト秒レーザーパルスは非常に大きなエネルギーを持っていない可能性がありますが（W）、それらの短縮された時間的範囲（t）は、ピーク電力の上昇でそれらを与えます。

アプリケーションドメインの観点から、レーザーは、産業、医療、科学の用途を含むスペクトルに及びます。 Attosecondレーザーは、特に物理学と化学の領域内で急速に進化する現象の探求において、科学研究の領域内で主にニッチを見つけ、微小宇宙の世界の迅速な動的プロセスに窓を提供します。

レーザー培地による分類は、ガスレーザー、固体レーザー、液体レーザー、および半導体レーザーとしてレーザーを描写します。アト秒レーザーの生成は通常、ガスレーザー媒体にかかっており、非線形の光学効果を活用して高次高調波を生み出します。

要約すると、アト秒レーザーは、通常、アト秒で測定される非常に短いパルス期間によって区別される、短パルスレーザーのユニークなクラスを構成します。その結果、それらは、原子、分子、および固体材料内の電子の超高速動的プロセスを観察および制御するための不可欠なツールになりました。

Attosecondレーザー生成の精巧なプロセス

Attosecondレーザー技術は、科学的革新の最前線に立っており、その世代のために興味深い厳格な一連の条件を誇っています。 Attosecondレーザー生成の複雑さを解明するために、私たちはその基礎となる原則の簡潔な説明から始め、その後、日常の経験から派生した鮮やかなメタファーが続きます。関連する物理学の複雑さに囲まれた読者は、その後の比phorがアト秒レーザーの基礎物理学をアクセス可能にすることを目的としているため、絶望する必要はありません。

Attosecondレーザーの生成プロセスは、主に高調波生成（HHG）として知られる技術に依存しています。第一に、高強度フェムト秒（10^-15秒）レーザーパルスのビームは、ガスの標的材料にしっかりと焦点を合わせます。 Attosecondレーザーに似たFemtosecondレーザーが、短いパルス期間と高いピーク電力を所有する特性を共有していることは注目に値します。強いレーザー場の影響下で、ガス原子内の電子はその原子核から一時的に解放され、遊離電子の状態に一時的に入ります。これらの電子はレーザー場に応答して振動するため、最終的には親原子核に戻り、再結合し、新しい高エネルギー状態を作成します。

このプロセス中に、電子は非常に高い速度で移動し、原子核と再結合すると、高調節排出の形で追加のエネルギーを放出し、高エネルギー光子として顕在化します。

これらの新しく生成された高エネルギー光子の周波数は、元のレーザー周波数の整数倍数であり、高次高調波と呼ばれるものを形成します。「高調波」は、「高調波」は元の周波数の積分倍である周波数を示します。 Attosecondレーザーを達成するには、これらの高次高調波をフィルタリングして焦点を合わせて、特定の高調波を選択し、焦点に焦点を合わせることが必要になります。必要に応じて、パルス圧縮技術はパルス期間をさらに省略し、アト秒範囲の超短いパルスを生成する可能性があります。明らかに、Attosecondレーザーの生成は、高度な技術的能力と特殊な機器を要求する洗練された多面的なプロセスを構成します。

この複雑なプロセスを分かりやすくするために、日常のシナリオに基づいた比phor的な並列を提供します。

高強度フェムト秒レーザーパルス：

高強度フェムト秒レーザーパルスが果たす役割に似た、巨大な速度で石を瞬時に投げつけることができる非常に強力なカタパルトを所有することを想像します。

気体ターゲット素材：

各水の液滴が無数のガス原子を表す気体標的材料を象徴する静かな水域を想像してください。この水域に石を推進する行為は、気体標的材料に対する高強度フェムト秒レーザーパルスの影響を反映しています。

電子運動と再結合（物理的に呼ばれる遷移）：

フェムト秒レーザーパルスが気体標的材料内のガス原子に衝撃を与えると、かなりの数の外部電子が、それぞれの原子核から分離する状態に一時的に励起され、血漿様状態を形成します。システムのエネルギーがその後減少すると（レーザーパルスが本質的にパルスされ、停止の間隔が特徴）、これらの外側の電子は原子核の近くに戻り、高エネルギー光子を放出します。

高調波生成：

水滴が湖の表面に戻るたびに、アトセ秒レーザーの高調波によく似た波紋が生じるたびに想像してください。これらの波紋は、一次フェムト秒レーザーパルスによって引き起こされる元の波紋よりも高い周波数と振幅を持っています。 HHGプロセス中に、石を連続的に投げているような強力なレーザービームが、湖の表面に似たガスターゲットを照らします。この強いレーザーフィールドは、波紋に類似したガス内の電子を、親子原子から離れて推進し、それを引き戻します。電子が原子に戻るたびに、より複雑なリップルパターンに似た、より高い周波数の新しいレーザービームを発します。

フィルタリングとフォーカス：

これらすべての新しく生成されたレーザービームを組み合わせることで、さまざまな色（周波数または波長）のスペクトルが得られ、その一部はアト秒レーザーを構成します。特定のリップルサイズと周波数を分離するために、目的のリップルを選択するのに似た特殊なフィルターを使用し、虫眼鏡を使用して特定の領域に焦点を合わせます。

パルス圧縮（必要に応じて）：

リップルをより速く、短くすることを目指している場合、特殊なデバイスを使用して伝播を加速して、各リップルが持続する時間を短縮できます。 Attosecondレーザーの生成には、プロセスの複雑な相互作用が含まれます。ただし、分解されて視覚化すると、より理解しやすくなります。