A Second Laser: For The Crazy Electronic Photography

Akkurat som vi bruker lys til å observere den makroskopiske verden rundt oss, kan vi også bruke lys til å undersøke den subatomære verdenen. Men ett prinsipp må overholdes: enhver måling må være raskere enn tiden som kreves for at systemet som studeres skal endre seg betydelig, ellers kan bare vage resultater oppnås.
I et molekyl beveger atomer seg på femtosekund (trilliondels sekund, 10^-15 sekunder) tidsskala, deres posisjoner og energier endres på ett til noen få hundre attosekunder, og for å måle bevegelsen deres kan femtosekundteknologi "kan ikke hjelpe.
Hvor kort er et attosekund? 1 attosekund er 10^-18 sekunder, som er en milliarddels milliarddels sekund. 1 attosekund tilsvarer 1 sekund av universets alder (13,8 milliarder år). En lysstråle som beveger seg fra den ene siden av rommet til den motsatte veggen tar 10 milliarder buesekunder.
Det "virkelige livet" til attosekundpulsen
Hvordan får du en lyspuls til attosekundskalaen? Teoretisk kan kortere lyspulser genereres ved å kombinere kortbølgelengde laserpulser med flere bølgelengder.
Wei Zhiyi, en forsker ved Institutt for fysikk ved det kinesiske vitenskapsakademiet, forklarte til Science and Technology Daily-reporteren: "For å generere nye bølgelengder trenger ikke bare en femtosekund laserdrift, men må også være fokusert på gassen, gjennom samspillet mellom lys- og gassatomer for å produsere de såkalte høyharmoniske, høye harmoniske er en syklus i drivlaseren, genereringen av to sykluser av bølgen."
I 1987 fokuserte Lhuillier og kollegene en infrarød laserstråle på en inert gass og fant ut at de harmoniske som ble produsert var flere og sterkere enn de som tidligere ble produsert med kortere bølgelengde laserstasjoner, og at mange av de observerte harmoniske hadde lignende lysintensiteter.
Ytterligere studier fant at under de rette omstendighetene overlappet harmoniske hverandre for å produsere en serie laserpulser i det ultrafiolette båndet, som hver var bare noen få hundre attosekunder lang.
I 2001 lyktes Agostini og hans kolleger i Frankrike å generere en serie pulstog som varte bare 250 arsec. Ferenc Krauss og hans partnere i Østerrike gikk den andre veien, isolerte enkelt isolerte lyspulser som varer i 650 buesekunder og brukte dem til å spore og studere prosessen med å "trekke" elektroner ut av atomer.
"Det er arbeidet til disse tre forskerne, representert av forskerne i mer enn et tiår, gjennom oppfinnsomhet og utholdende innsats, slik at ultrarask vitenskap inn i æraen av attosekunder." sa Wei Zhiyi.
Lovende på en rekke felt, "vis dine ferdigheter"
En liten kolibri kan slå vingene sine 80 ganger i sekundet, med det menneskelige øyet ikke i stand til å se, men med et høyhastighetskamera kan den rammes inn i en klar handlingsramme.
"En andre lyspuls er nettopp studiet av den mikroskopiske materielle verdenen til 'høyhastighetskamera', kan være 'rasende' av elektronet innrammet for observasjon." Wei Zhiyi sa håpefullt: "Å studere og forstå elektroner på en så kort tidsskala (av attosekunder) forventes å lette den raske utviklingen av ultrarask elektronikk, som en dag kan gi opphav til kraftigere databrikker. Det lar oss også skille mellom molekyler basert på deres elektroniske egenskaper og å bruke dem for rask og nøyaktig sykdomsdiagnose."
I følge Wei Zhiyi har for tiden, i tillegg til de ovennevnte forskningsteamene internasjonalt, en rekke forskerteam i USA, Canada, Italia, Sveits, Japan, Sør-Korea og andre land også utført forskning på generering av attosekundpulser og deres anvendelser innen mange felt som fysikk, kjemi og biologi.
«For eksempel satte Prof. Chang Zenghus team ved University of Central Florida i USA verdensrekorden for den korteste attosekundens puls to ganger, i 2012 og 2017, og 43-attosekundens puls laget av Swiss Federal Institute of Technology i 2017 har så langt hatt den gjeldende verdensrekorden for de korteste. Spesielt har EU konstruert Extreme Light Facility (ELI-ALPS) i Ungarn, med attosekundlasere som hovedkomponent, for å gi forskere innen ulike felt til utføre attosecond vitenskapelig forskning." Wei Zhiyi teller resultatene i feltet attosekund.
Forskning på attosekunders lyspulser har også blitt mye vektlagt av kinesiske forskere. Institutt for fysikk ved det kinesiske vitenskapsakademiet, Shanghai Institute of Optical Mechanics, Xi'an Institute of Optical Mechanics, Peking University, East China Normal University, National University of Defense Technology, Huazhong University of Science and Technology og andre enheter bærer ut forskning innen attosecond science. 2013, Wei Zhiyis gruppe for første gang i Kina for å generere og måle den isolerte attosekundpulsen på 160 attosekunder, og utvikler seg nå mot kortere pulsbredder, høyere energier og høyere repetisjonsfrekvenser, noe som vil gi muligheten for de kinesiske forskerne å utvikle sine egne attosecond-lasere. Kombinert med terminalutstyret gir det en internasjonal ledende plattform og fasiliteter for forskning av attosekundlaser innen feltene kondensert materiefysikk, atom- og molekylfysikk, kjemi, biomedisin, informasjon og energi.