ઑક્ટોબર 3, 2023 ના રોજ સાંજે એક મહત્વપૂર્ણ જાહેરાતમાં, એટોસેકન્ડ લેસર ટેક્નોલોજીના ક્ષેત્રમાં અગ્રણી તરીકે નિર્ણાયક ભૂમિકા ભજવનાર ત્રણ વૈજ્ઞાનિકોના ઉત્કૃષ્ટ યોગદાનને માન્યતા આપતા, વર્ષ 2023 માટે ભૌતિકશાસ્ત્રના નોબેલ પુરસ્કારનું અનાવરણ કરવામાં આવ્યું હતું.

"એટોસેકન્ડ લેસર" શબ્દ તેનું નામ અદ્ભુત સંક્ષિપ્ત ટાઈમસ્કેલ પરથી ઉતરી આવ્યું છે જેના પર તે કામ કરે છે, ખાસ કરીને એટોસેકન્ડના ક્રમમાં, 10^-18 સેકન્ડને અનુરૂપ. આ ટેક્નોલોજીના ગહન મહત્વને સમજવા માટે, એટોસેકન્ડ શું સૂચવે છે તેની મૂળભૂત સમજ સર્વોપરી છે. એટોસેકન્ડ એ સમયના અતિશય મિનિટના એકમ તરીકે ઉભો થાય છે, જે એક સેકન્ડના વ્યાપક સંદર્ભમાં સેકન્ડના અબજમા ભાગનો એક અબજમો ભાગ બનાવે છે. આને પરિપ્રેક્ષ્યમાં મૂકવા માટે, જો આપણે એક સેકન્ડને ઊંચા પર્વત સાથે સરખાવીએ, તો એટોસેકન્ડ પર્વતના પાયા પર આવેલા રેતીના એક દાણા સમાન હશે. આ ક્ષણિક ટેમ્પોરલ અંતરાલમાં, પ્રકાશ પણ ભાગ્યે જ વ્યક્તિગત અણુના કદના સમકક્ષ અંતરને પાર કરી શકે છે. એટોસેકન્ડ લેસરોના ઉપયોગ દ્વારા, વૈજ્ઞાનિકો પરમાણુ માળખામાં ઇલેક્ટ્રોનની જટિલ ગતિશીલતાની તપાસ અને હેરફેર કરવા માટે અભૂતપૂર્વ ક્ષમતા પ્રાપ્ત કરે છે, જે સિનેમેટિક ક્રમમાં ફ્રેમ-બાય-ફ્રેમ સ્લો-મોશન રિપ્લેની જેમ છે, જેનાથી તેમના ઇન્ટરપ્લેમાં ડૂબી જાય છે.

એટોસેકન્ડ લેસરોઅલ્ટ્રાફાસ્ટ લેસરોને ક્રાફ્ટ કરવા માટે નોનલાઇનર ઓપ્ટિક્સના સિદ્ધાંતોનો ઉપયોગ કરનારા વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા વ્યાપક સંશોધન અને સંયુક્ત પ્રયાસોની પરાકાષ્ઠાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. તેમના આગમનથી અમને અણુઓ, પરમાણુઓ અને ઘન પદાર્થોમાં ઈલેક્ટ્રોનની અંદર પણ ગતિશીલ પ્રક્રિયાઓના અવલોકન અને સંશોધન માટે એક નવીન સુવિધા મળી છે.

એટોસેકન્ડ લેસરોની પ્રકૃતિને સ્પષ્ટ કરવા અને પરંપરાગત લેસરોની તુલનામાં તેમના બિનપરંપરાગત લક્ષણોની પ્રશંસા કરવા માટે, વ્યાપક "લેસર કુટુંબ" ની અંદર તેમના વર્ગીકરણનું અન્વેષણ કરવું હિતાવહ છે. તરંગલંબાઇ સ્થાનો દ્વારા વર્ગીકરણ એટોસેકન્ડ લેસરો મુખ્યત્વે અલ્ટ્રાવાયોલેટથી સોફ્ટ એક્સ-રે ફ્રીક્વન્સીઝની શ્રેણીમાં છે, જે પરંપરાગત લેસરોની વિપરીત તેમની નોંધપાત્ર રીતે ટૂંકી તરંગલંબાઇ દર્શાવે છે. આઉટપુટ મોડ્સના સંદર્ભમાં, એટોસેકન્ડ લેસરો સ્પંદિત લેસરોની શ્રેણીમાં આવે છે, જે તેમના અત્યંત સંક્ષિપ્ત પલ્સ સમયગાળા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. સ્પષ્ટતા માટે સામ્યતા દોરવા માટે, વ્યક્તિ સતત-તરંગ લેસરોની કલ્પના કરી શકે છે જે પ્રકાશના સતત કિરણને ઉત્સર્જિત કરતી ફ્લેશલાઇટની સમાન હોય છે, જ્યારે સ્પંદનીય લેસરો સ્ટ્રોબ લાઇટ જેવા હોય છે, જે પ્રકાશ અને અંધકારના સમયગાળા વચ્ચે ઝડપથી બદલાય છે. સારમાં, એટોસેકન્ડ લેસરો રોશની અને અંધકારની અંદર ધબકતું વર્તન દર્શાવે છે, તેમ છતાં બે રાજ્યો વચ્ચેનું તેમનું સંક્રમણ આશ્ચર્યજનક આવર્તન પર થાય છે, જે એટોસેકન્ડના ક્ષેત્રમાં પહોંચે છે.

પાવર દ્વારા વધુ વર્ગીકરણ લેસરોને ઓછી-શક્તિ, મધ્યમ-શક્તિ અને ઉચ્ચ-શક્તિ કૌંસમાં મૂકે છે. એટોસેકન્ડ લેસરો તેમના અત્યંત ટૂંકા પલ્સ અવધિને કારણે ઉચ્ચ શિખર શક્તિ પ્રાપ્ત કરે છે, પરિણામે ઉચ્ચારણ પીક પાવર (P) થાય છે - જે પ્રતિ યુનિટ સમય (P=W/t) ઊર્જાની તીવ્રતા તરીકે વ્યાખ્યાયિત થાય છે. જો કે વ્યક્તિગત એટોસેકન્ડ લેસર કઠોળ અપવાદરૂપે મોટી ઉર્જા (W) ધરાવતું નથી, તેમ છતાં તેમની સંક્ષિપ્ત ટેમ્પોરલ હદ (t) તેમને એલિવેટેડ પીક પાવર આપે છે.

એપ્લિકેશન ડોમેન્સની દ્રષ્ટિએ, લેસર સ્પેક્ટ્રમને આવરી લે છે જેમાં ઔદ્યોગિક, તબીબી અને વૈજ્ઞાનિક એપ્લિકેશનોનો સમાવેશ થાય છે. એટોસેકન્ડ લેસરો મુખ્યત્વે વૈજ્ઞાનિક સંશોધનના ક્ષેત્રમાં તેમનું વિશિષ્ટ સ્થાન શોધે છે, ખાસ કરીને ભૌતિકશાસ્ત્ર અને રસાયણશાસ્ત્રના ક્ષેત્રોમાં ઝડપથી વિકસતી ઘટનાઓની શોધમાં, માઇક્રોકોસ્મિક વિશ્વની ઝડપી ગતિશીલ પ્રક્રિયાઓમાં વિન્ડો પ્રદાન કરે છે.

લેસર માધ્યમ દ્વારા વર્ગીકરણ લેસરોને ગેસ લેસરો, સોલિડ-સ્ટેટ લેસરો, લિક્વિડ લેસરો અને સેમિકન્ડક્ટર લેસરો તરીકે દર્શાવે છે. એટોસેકન્ડ લેસરોની પેઢી સામાન્ય રીતે ગેસ લેસર મીડિયા પર ટકી રહે છે, ઉચ્ચ-ક્રમના હાર્મોનિક્સ પેદા કરવા માટે બિનરેખીય ઓપ્ટિકલ અસરોને મૂડી બનાવે છે.

સારાંશમાં, એટોસેકન્ડ લેસરો ટૂંકા-પલ્સ લેસરોનો એક અનન્ય વર્ગ બનાવે છે, જે તેમના અસાધારણ સંક્ષિપ્ત પલ્સ સમયગાળા દ્વારા અલગ પડે છે, સામાન્ય રીતે એટોસેકન્ડમાં માપવામાં આવે છે. પરિણામે, તેઓ અણુઓ, પરમાણુઓ અને નક્કર પદાર્થોની અંદર ઇલેક્ટ્રોનની અલ્ટ્રાફાસ્ટ ગતિશીલ પ્રક્રિયાઓનું નિરીક્ષણ અને નિયંત્રણ કરવા માટે અનિવાર્ય સાધનો બની ગયા છે.

એટોસેકન્ડ લેસર જનરેશનની વિસ્તૃત પ્રક્રિયા

એટોસેકન્ડ લેસર ટેક્નોલોજી વૈજ્ઞાનિક નવીનતામાં મોખરે છે, જે તેની પેઢી માટે એક રસપ્રદ રીતે કઠોર શરતોની બડાઈ કરે છે. એટોસેકન્ડ લેસર જનરેશનની જટિલતાઓને સ્પષ્ટ કરવા માટે, અમે તેના અંતર્ગત સિદ્ધાંતોના સંક્ષિપ્ત પ્રદર્શન સાથે શરૂઆત કરીએ છીએ, ત્યારબાદ રોજિંદા અનુભવોમાંથી મેળવેલા આબેહૂબ રૂપકો દ્વારા અનુસરવામાં આવે છે. સંબંધિત ભૌતિકશાસ્ત્રની ગૂંચવણોથી અજાણ વાચકોએ નિરાશ થવાની જરૂર નથી, કારણ કે આગામી રૂપકો એટોસેકન્ડ લેસરોના પાયાના ભૌતિકશાસ્ત્રને સુલભ બનાવવાનું લક્ષ્ય રાખે છે.

એટોસેકન્ડ લેસરોની જનરેશન પ્રક્રિયા મુખ્યત્વે હાઇ હાર્મોનિક જનરેશન (HHG) તરીકે ઓળખાતી ટેકનિક પર આધાર રાખે છે. પ્રથમ, ઉચ્ચ-તીવ્રતાવાળા ફેમટોસેકન્ડ (10^-15 સેકન્ડ) લેસર પલ્સનો બીમ વાયુયુક્ત લક્ષ્ય સામગ્રી પર ચુસ્તપણે કેન્દ્રિત છે. એ નોંધવું યોગ્ય છે કે ફેમટોસેકન્ડ લેસર, એટોસેકન્ડ લેસરોની જેમ, ટૂંકા પલ્સ અવધિ અને ઉચ્ચ શિખર શક્તિ ધરાવતા લક્ષણોને વહેંચે છે. તીવ્ર લેસર ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ, ગેસ પરમાણુની અંદરના ઇલેક્ટ્રોન તેમના પરમાણુ મધ્યવર્તી કેન્દ્રમાંથી ક્ષણિક રીતે મુક્ત થાય છે, ક્ષણિક રીતે મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની સ્થિતિમાં પ્રવેશ કરે છે. જેમ જેમ આ ઈલેક્ટ્રોન લેસર ક્ષેત્રના પ્રતિભાવમાં ઓસીલેટ થાય છે, તેઓ આખરે તેમના પિતૃ અણુ ન્યુક્લીમાં પાછા ફરે છે અને ફરીથી જોડાય છે, નવી ઉચ્ચ-ઊર્જા સ્થિતિઓ બનાવે છે.

આ પ્રક્રિયા દરમિયાન, ઇલેક્ટ્રોન અત્યંત ઊંચા વેગ પર આગળ વધે છે, અને અણુ ન્યુક્લી સાથે પુનઃસંયોજન પર, તેઓ ઉચ્ચ હાર્મોનિક ઉત્સર્જનના સ્વરૂપમાં વધારાની ઊર્જા મુક્ત કરે છે, જે ઉચ્ચ-ઊર્જાવાળા ફોટોન તરીકે પ્રગટ થાય છે.

આ નવા ઉત્પન્ન થયેલ ઉચ્ચ-ઊર્જા ફોટોનની ફ્રીક્વન્સીઝ મૂળ લેસર ફ્રીક્વન્સીના પૂર્ણાંક ગુણાંક છે, જેને ઉચ્ચ-ક્રમ હાર્મોનિક્સ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, જ્યાં "હાર્મોનિક્સ" એ ફ્રીક્વન્સીઝ સૂચવે છે જે મૂળ આવર્તનના અભિન્ન ગુણાંક છે. એટોસેકન્ડ લેસર હાંસલ કરવા માટે, આ ઉચ્ચ-ક્રમના હાર્મોનિક્સને ફિલ્ટર કરવું અને ફોકસ કરવું જરૂરી બની જાય છે, ચોક્કસ હાર્મોનિક્સ પસંદ કરીને અને તેમને કેન્દ્રબિંદુમાં કેન્દ્રિત કરવું. જો ઇચ્છિત હોય, તો પલ્સ કમ્પ્રેશન તકનીકો પલ્સ અવધિને વધુ સંક્ષિપ્ત કરી શકે છે, જે એટોસેકન્ડ રેન્જમાં અલ્ટ્રા-શોર્ટ પલ્સ આપે છે. દેખીતી રીતે, એટોસેકન્ડ લેસરોની પેઢી એક અત્યાધુનિક અને બહુપક્ષીય પ્રક્રિયાની રચના કરે છે, જે ઉચ્ચ સ્તરની તકનીકી કૌશલ્ય અને વિશિષ્ટ સાધનોની માંગ કરે છે.

આ જટિલ પ્રક્રિયાને અસ્પષ્ટ કરવા માટે, અમે રોજિંદા દૃશ્યોમાં આધારીત રૂપકાત્મક સમાંતર ઓફર કરીએ છીએ:

ઉચ્ચ-તીવ્રતા ફેમટોસેકન્ડ લેસર કઠોળ:

ઉચ્ચ-તીવ્રતાવાળા ફેમટોસેકન્ડ લેસર પલ્સ દ્વારા ભજવવામાં આવતી ભૂમિકાની સમાન, પ્રચંડ ઝડપે તરત જ પથ્થર ફેંકવામાં સક્ષમ અપવાદરૂપે શક્તિશાળી કૅટપલ્ટ ધરાવવાની કલ્પના કરો.

વાયુ લક્ષ્ય સામગ્રી:

પાણીના શાંત શરીરનું ચિત્ર લો જે વાયુયુક્ત લક્ષ્ય સામગ્રીનું પ્રતીક છે, જ્યાં પાણીનું દરેક ટીપું અસંખ્ય ગેસ અણુઓનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. પાણીના આ શરીરમાં પત્થરોને ધકેલવાની ક્રિયા સમાન રીતે વાયુ લક્ષ્ય સામગ્રી પર ઉચ્ચ-તીવ્રતાવાળા ફેમટોસેકન્ડ લેસર કઠોળની અસરને પ્રતિબિંબિત કરે છે.

ઈલેક્ટ્રોન મોશન એન્ડ રિકોમ્બિનેશન (ફિઝીકલી ટર્મ્ડ ટ્રાન્ઝિશન):

જ્યારે ફેમટોસેકન્ડ લેસર પલ્સ વાયુ લક્ષ્ય સામગ્રીની અંદર ગેસના અણુઓને અસર કરે છે, ત્યારે નોંધપાત્ર સંખ્યામાં બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોન ક્ષણિક રૂપે એવી સ્થિતિમાં ઉત્સાહિત થાય છે જ્યાં તેઓ તેમના સંબંધિત અણુ ન્યુક્લીથી અલગ થઈ જાય છે, પ્લાઝમા જેવી સ્થિતિ બનાવે છે. જેમ જેમ સિસ્ટમની ઉર્જા પાછળથી ઘટતી જાય છે (કારણ કે લેસર પલ્સ સ્વાભાવિક રીતે સ્પંદનીય હોય છે, જેમાં સમાપ્તિના અંતરાલો હોય છે), આ બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોન અણુ ન્યુક્લીની તેમની નજીકમાં પાછા ફરે છે, ઉચ્ચ-ઊર્જાવાળા ફોટોન મુક્ત કરે છે.

ઉચ્ચ હાર્મોનિક જનરેશન:

કલ્પના કરો કે જ્યારે પણ પાણીનું ટીપું તળાવની સપાટી પર પાછું પડે છે, ત્યારે તે લહેરિયાં બનાવે છે, એટોસેકન્ડ લેસર્સમાં ઉચ્ચ હાર્મોનિક્સની જેમ. પ્રાથમિક ફેમટોસેકન્ડ લેસર પલ્સ દ્વારા થતા મૂળ લહેરો કરતાં આ લહેરોમાં ઉચ્ચ આવર્તન અને કંપનવિસ્તાર હોય છે. HHG પ્રક્રિયા દરમિયાન, એક શક્તિશાળી લેસર બીમ, જે સતત પથરીને ફેંકી દે છે, તે ગેસના લક્ષ્યને પ્રકાશિત કરે છે, જે તળાવની સપાટી જેવું લાગે છે. આ તીવ્ર લેસર ફિલ્ડ ગેસમાં ઇલેક્ટ્રોનને આગળ ધપાવે છે, જે લહેરિયાંના સમાન હોય છે, તેમના પિતૃ અણુઓથી દૂર રહે છે અને પછી તેમને પાછા ખેંચે છે. દરેક વખતે જ્યારે ઈલેક્ટ્રોન અણુમાં પરત આવે છે, ત્યારે તે વધુ જટિલ લહેરિયાંની પેટર્નની જેમ ઊંચી આવર્તન સાથે નવા લેસર બીમનું ઉત્સર્જન કરે છે.

ફિલ્ટરિંગ અને ફોકસિંગ:

આ તમામ નવા જનરેટ થયેલા લેસર બીમને સંયોજિત કરવાથી વિવિધ રંગો (આવર્તન અથવા તરંગલંબાઇ) નો સ્પેક્ટ્રમ મળે છે, જેમાંથી કેટલાક એટોસેકન્ડ લેસરની રચના કરે છે. ચોક્કસ લહેરિયાંના કદ અને ફ્રીક્વન્સીઝને અલગ કરવા માટે, તમે વિશિષ્ટ ફિલ્ટરનો ઉપયોગ કરી શકો છો, જે ઇચ્છિત લહેરોને પસંદ કરવા સમાન છે, અને તેમને ચોક્કસ વિસ્તાર પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવા માટે બૃહદદર્શક કાચનો ઉપયોગ કરી શકો છો.

પલ્સ કમ્પ્રેશન (જો જરૂરી હોય તો):

જો તમે લહેરિયાંને વધુ ઝડપી અને ટૂંકા સમયમાં ફેલાવવાનું લક્ષ્ય રાખતા હો, તો તમે વિશિષ્ટ ઉપકરણનો ઉપયોગ કરીને તેમના પ્રચારને વેગ આપી શકો છો, દરેક લહેર ચાલે તે સમયને ઘટાડી શકો છો. એટોસેકન્ડ લેસરોની પેઢીમાં પ્રક્રિયાઓના જટિલ આંતરપ્રક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે. જો કે, જ્યારે ભાંગી અને વિઝ્યુઅલાઈઝ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે વધુ સમજી શકાય તેવું બને છે.