Втори лазер: за лудата електронна фотография

Точно както използваме светлина, за да наблюдаваме макроскопичния свят около нас, можем също да използваме светлина, за да изследваме субатомния свят. Но трябва да се спазва един принцип: всяко измерване трябва да бъде по-бързо от времето, необходимо на изследваната система да се промени значително, в противен случай могат да се получат само неясни резултати.
В една молекула атомите се движат на фемтосекунда (трилионна от секундата, 10^-15 секунди) времева скала, техните позиции и енергии се променят за една до няколкостотин атосекунди и за измерване на движението им фемтосекундната технология „може не помагам.
Колко кратка е една атосекунда? 1 атосекунда е 10^-18 секунди, което е една милиардна от милиардна от секундата. 1 атосекунда е еквивалентна на 1 секунда от възрастта на Вселената (13,8 милиарда години). Светлинен лъч, пътуващ от едната страна на стаята до противоположната стена, отнема 10 милиарда дъгови секунди.
„Истинският живот“ на атосекундния импулс
Как да получите светлинен импулс в атосекундната скала? Теоретично, по-къси светлинни импулси могат да бъдат генерирани чрез комбиниране на лазерни импулси с къса дължина на вълната с множество дължини на вълната.
Wei Zhiyi, изследовател в Института по физика на Китайската академия на науките, обясни на репортер на Science and Technology Daily: „За генериране на нови дължини на вълните е необходимо не само фемтосекундно лазерно задвижване, но също така трябва да се фокусира върху газа, чрез взаимодействието на светлината и газовите атоми за получаване на така наречените високи хармоници, високите хармоници са цикъл в задвижващия лазер, генерирането на два цикъла на вълната."
През 1987 г. Lhuillier и колеги фокусираха инфрачервен лазерен лъч върху инертен газ и установиха, че произведените хармоници са по-многобройни и по-силни от тези, произведени преди това с лазерни устройства с по-къса дължина на вълната, и че много от наблюдаваните хармоници имат подобен интензитет на светлина.
Допълнителни проучвания установиха, че при правилните обстоятелства хармониците се припокриват, за да произведат поредица от лазерни импулси в ултравиолетовата лента, всеки от които е с дължина само няколкостотин атосекунди.
През 2001 г. Агостини и колегите му във Франция успяват да генерират серия от импулсни влакове с продължителност само 250 арсека. Ференц Краус и неговите партньори в Австрия тръгнаха по обратния път, като изолираха единични изолирани светлинни импулси с продължителност 650 дъгови секунди и ги използваха за проследяване и изследване на процеса на "издърпване" на електрони от атомите.
„Това е работата на тези трима учени, представени от изследователите повече от десетилетие, чрез изобретателност и непрестанни усилия, така че свръхбързата наука да влезе в ерата на атосекундите.“ Уей Джий каза.
Обещаващ в редица области, „покажете уменията си“
Малко колибри може да размахва крилата си 80 пъти в секунда, като човешкото око не може да види, но с високоскоростна камера може да бъде кадрирано в ясна рамка на действие.
"Вторият светлинен импулс е точно изследването на микроскопичния материален свят на" високоскоростна камера ", може да бъде" бушуващ "на електрона, поставен в рамка за наблюдение." Wei Zhiyi каза с надежда: „Изучаването и разбирането на електроните в такъв кратък времеви мащаб (от атосекунди) се очаква да улесни бързото развитие на свръхбърза електроника, която един ден може да доведе до по-мощни компютърни чипове. Това също ни позволява да разграничаваме молекулите на базата на техните електронни свойства и да ги използваме за бърза и точна диагностика на заболявания."
Според Wei Zhiyi, в момента, в допълнение към горепосочените изследователски екипи в международен план, редица изследователски екипи в Съединените щати, Канада, Италия, Швейцария, Япония, Южна Корея и други страни също извършват изследвания върху генерирането на атосекундни импулси и техните приложения в много области като физика, химия и биология.
„Например, екипът на проф. Chang Zenghu от Университета на Централна Флорида в Съединените щати постави световния рекорд за най-кратък атосекунден импулс два пъти, през 2012 г. и 2017 г., и 43-атосекундния импулс, създаден от Швейцарския федерален институт на технологиите през 2017 г. досега държеше настоящия световен рекорд за най-кратък.По-специално, ЕС изгради Extreme Light Facility (ELI-ALPS) в Унгария, с атосекундни лазери като основен компонент, за да предостави на учени в различни области извършват атосекундни научни изследвания." Wei Zhiyi брои резултатите в полето на атосекунда.
Изследванията върху атосекундните светлинни импулси също бяха широко подчертани от китайски учени. Институтът по физика на Китайската академия на науките, Шанхайският институт по оптична механика, Сианският институт по оптична механика, Пекинският университет, Източнокитайският нормален университет, Националният университет по отбранителни технологии, Университетът за наука и технологии Huazhong и други звена носят изследвания в областта на атосекундната наука. 2013 г., групата на Wei Zhiyi за първи път в Китай генерира и измерва изолирания атосекунден импулс от 160 атосекунди и сега се развива допълнително към по-къси ширини на импулса, по-високи енергии и по-високи честоти на повторение, което ще предостави възможност на китайските учени да разработят свои собствени атосекундни лазери. В комбинация с терминалното оборудване, той предоставя водеща международна платформа и съоръжения за изследване на атосекундния лазер в областта на физиката на кондензираната материя, атомната и молекулярната физика, химията, биомедицината, информацията и енергията.