أصبح لمجال فيزياء الليزر وتطبيقاته أهمية كبيرة بعد ابتكاره. فلضوء الليزر خصائص فريدة مثل التشابك، التوجيه، أحادية اللون والشدة، والتي لها فائدة كبيرة في العلوم وفي الحياة اليومية. لقد كان الهدف الرئيس في الأعوام الأولى بعد اكتشاف الليزر أن يتم صنع جهاز يتمكن من توليد موجات ضوء بنفس صفاء موجات الراديو. كان تشغيل الليزر في بدايته على هيئة رشقات متقطعة، لكن كانت هناك حاجة لجعلها مستمرة. وقد حصل العديد من العلماء على جوائز نوبل للفيزياء جراء تطويرهم لليزر ذي موجة مستمرة وتردد حاد، والذي تم استخدامه في التحليل الطيفي عال الدقة.

من التطورات المهمة الأخرى في فيزياء الليزر توليد نبضات قصيرة مكررة وشديدة من الضوء، والتي تستغرق الواحدة منها زمنا يقارب زمن الحركات الذرية في الجزيئات. كان لذلك عظيم الأثر في انبثاق اكتشافات جديدة في علم الكيمياء. فقد أصبح بالإمكان دراسة الحالات الانتقالية للتفاعلات الكيميائية بشكل آني. حصل أحمد زويل على جائزة نوبل للكيماء عام 1999 لإسهامه الكبير في تلك الاكتشافات. أما جائزة نوبل للفيزياء لهذا العام، فهي من نصيب ابتكارين في فيزياء الليزر، فتحا الباب على مصراعيه لآفاق جديدة وتطبيقات نافعة للبشر. أحد هذه الابتكارات يستخدم ليزرا مستمرا أحادي اللون، والآخر يستخدم ليزرا نبضيا.

حصل آرثر أشكين على نصف الجائزة لابتكاره الملاقط الضوئية وتطبيقها على الأنظمة البيولوجية. وحصل كل من جيرارد مورو ودونا ستريكلاند على النصف الثاني لابتكارهما طريقة لتوليد نبضات ضوئية عالية الشدة فائقة القصر.

الملاقط الضوئية

تستخدم الملاقط الضوئية في احتجاز الجسيمات والتلاعب بها، وذلك اعتمادا على قدرة الضوء على بذل مقدار من القوة أو ضغط إشعاعي. قدم يوهانس كيبلر فكرة أن الضوء قادر على بذل ضغط لأول مرة عام 1619، وفسر بذلك سبب توجه أذيال المذنبات بعيدا عن الشمس. وفي عام 1837، أوضح جيمس كلارك ماكسويل، نظريا، أن الضوء يستطيع أن يبذل ضغطا، وذلك استنادا على نظريته للكهرومغناطيسية. تم إثبات الفكرة تجريبيا في أوائل القرن العشرين، بواسطة بيوتر ليبيديف، إرنست ف. نيكولاس، وجوردان ف. هال. ويوضح الوقت الذي استغرقه إثبات الفكرة مدى ضعف مثل ذلك الضغط الإشعاعي وسط ظروف حياتنا اليومية. مع حلول عصر الليزر في الستينات، أصبح من الممكن أن ندرس الضغط الإشعاعي مستخدمين حزما شديدة متوازية من الضوء. ومن رواد هذا المجال «آرثر أشكين»، والذي أفضت مجهوادته إلى ابتكار الملاقط الضوئية.

من المعالم الهامة، في طريق أشكين البحثي، أنه أثبت عام 1970 أن القوى الضوئية، المولدة بواسطة ليزر ضوئي مركز في حزم ضيقة، يمكن أن تستبدل جسيمات عازلة في سواء كانت في الماء أو في الهواء. حيث تم تسريع الجسيمات في اتجاه انتشار الحزم الضوئية بواسطة القوى الانتشار الأمامية. وعلاوة على ذلك، فلأن الجسيمات تمتلك معامل انكسار أكبر من البيئة المحيطة بها، فإنها تنجرف إلى مركز الحزمة الغاوسية، وذلك بفعل ما يسمى القوة المتحدرة. بتسجيل هذه الملاحظات، بدأ أشكين في إثبات أن احتجاز الجسيمات ثلاثية الأبعاد ممكن تحقيقه عبر استخدام حزمتي ليزر متعاكستي الاتجاه.

بعد زمن وجيز، أُتبع هذا العمل ببناء أشكين لأول مصيدة ثلاثية الأبعاد أحادية الحزم [المصيدة الضوئية الهوائية]. وبهذه الطريقة، تم احتجاز الجسيمات في نقطة تتوازن عندها قوة الانتشار المتجهة للأعلى، بواسطة حزمة ليزر رأسية، مع الجاذبية. لكن مثل هذه الطريقة غير عملية في الحالات التي تكون فيه قوى الجاذبية ضعيفة أو عندما ينتشر تأثير الحركة البراونية.

في العام 1986، كان أشكين وزملاؤه أول من صنعوا مصيدة ضوئية أحادية الحزم، وأطلق عليها فيما بعد «ملاقط الضوء». تقوم ملاقط الضوء باحتجاز الجسيمات بإرسالها حزمة ليزرية نحو عدسة موضوعة، الأمر الذي يؤدي إلى إنتاج مركبة للقوة المتحدرة، والتي تعاكس اتجاه انتشار الحزمة نفسها. ومن أجل إتمام عملية الاحتجاز، يجب أن تكون مركبة القوة هذه قوية بما يكفي لتوازن قوى الانتشار إلى الأمامية. وقد تم إثبات أن ملاقط الضوء هذه تستطيع احتجاز جسيمات عازلة في الماء، تتراوح أحجامها من بضع عشرات من النانومترات إلى عشرات الميكرومترات.

بعد تجريب الملاقط الضوئية في احتجاز الذرات والجسيمات العازلة ونجاحها، فكر أشكين في أن يبحث في إمكانية تطبيقها على الأنظمة البيولوجية. وقد أثبت أن ذلك ممكن بالفعل، حيث أثبت بأبحاثه الرائدة أن ملاقط الضوء تستطيع أن تحتجز وتتلاعب بالفيروسات والخلايا الحية، وقد استخدم في ذلك ليزرا من الأشعة تحت الحمراء، بدلا من الليزر الأخضر، ليتلاشى بذلك أن تتلف الأنظمة الحية بفعل حزم الضوء الشديدة. لكن التطبيقات لم تتوقف عند ذلك، فقد اكتُشف أن ملاقط الضوء تستطيع أن تتلاعب بالمكونات دون الخلوية لخلايا النبات، وحساب مقدار القوة الناقلة للعضيات، على طول الأنيبوبات الميكروية [جزء من الهيكل الخلوي] في خلايا الأميبا.

تبعت دراسات أشكين الرائدة للفيروسات والخلايا الحية بتطبيقات جديدة للملاقط الضوئية على الأنظمة البيولوجية، بواسطة علماء آخرين. فقد استخدمها ستيفن بلوك، ديفيد بلير وهاورد بيرغ في إجراء دراسة لاستكشاف ميكانيكية الأسواط البكتيرية. ووصل استخدامها حتى إلى دراسة جزيئات الحمض النووي [الدنا] وفحص خصائصها الفيزيائية، ودراسة حركية وميكانيكية المحركات الجزيئية، التي تقوم بتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة حركية خطية أو دائرية، وتقوم أيضا بلعب دور هام في النقل البين-خلوي، التقلص العضلي، الانقسام الخلوي وغيرها.

لقد أدى فحص التقنيات الفيزيائية للجزيئات الأحادية -مثل جزيء الفلوريسين الأحادي، وانتقال طاقة الرنين داخله-، ومجهر الطاقة الذرية، والملاقط الضوئية والمغناطيسية إلى فتح نوافذ جديدة تمكننا من رؤية الاكتشافات البيولوجية بعين جديدة. إن فكرة استخدام أشكين للضغط الإشعاعي لاحتجاز الجسيمات والتلاعب بها، واختراعه للملاقط الضوئية وتطبيقاته الرائدة والسابقة لعصرها لهذه الطريقة على الأنظمة البيولوجية تعد جوهرية وأساسية في سيرورة هذا التطور العلمي بأكمله. ومن هنا فقد كان أشكين مستحقا لنيل جائزة نوبل، مناصفة، هذا العام.

شكل 1 الملقط الضوئي

توليد نبضات ليزر عالية الشدّة وفائقة القصر

شكل 2 تاريخ تقنية الليزر النبضي من حيث الكثافة.

في البداية لم ينتج عن تطوير النبضات الضوئية زيادة كبيرة في القدرة أو الطاقة المتولدة عن كل نبضة على الرغم من أن النبضان أصبحت أقصر، ولم تحدث أي زيادات ملحوظة إلا في الفترة بين 1970 و1985حيث تم تضخيم قدرة نبضة الليزر من نانو جول للميللي جول ولم يكن بالإمكان تضخيم النبضات أكثر من ذلك من دون إتلاف مكونات الليزر.

للتغلب على هذا كان يجب زيادة قطر الشعاع وهذا سوف يقوم بدوره بتقليل شدة الشعاع وهذا سوف يحفظ مكونات المضخم من التلف، ونتج عن هذا زيادة في تكلفة وحجم الليزر وأيضا تقليل عدد المرات التي يمكن تشغيل الليزر فيها لإعطاء فرصة لليزر لتنخفض درجة حرارته.

ولكن حدث الإنجاز عام 1985 حيث قام الفائزين بنصف جائزة نوبل هذا العام دونا ستريكلاند وجيرارد مورو بابتكار تقنية تضخيم جديدة.

اعتمدت التقنية على ثلاث خطوات:

1. الأولى: عملية التمدد (Stretching) حيث يتم فيها زيادة الفترة الزمنية التي تستغرقها النبضة في المرور مما يقلل من قدرة النبضة
2. الثانية: تضخيم النبضة مع الحفاظ على الوسط الليزري من التلف
3. الثالثة: يتم عكس الخطوة الأولى وضغط النبضة مرة أخرى مما يتسبب في زيادة قدرة النبضة بشكل كبير جدًا

شكل 3 الحقل الكهربائي لنبضة مزقزقة مُضخَّمة في مقابل الوقت

شكل 4 إعدادات تكنولوجيا تضخيم النبضة المزقزقة (CPA)

تطبيقات

كان الجانب الثالث والعملي جدا لتكنولوجيا (تضخيم النبضة المزقزقة – (CPA)) هو حقيقة أنه أصبح من الممكن بناء أنظمة ليزر صغيرة الحجم وسهلة الاستخدام، وقوية جدًا، ومناسبة للتطبيقات الصناعية والطبية، بالإضافة إلى أبحاث الفيزياء الأساسية. فقط ففتحت تكنولوجيا (CPA) مجموعة واسعة من المجالات البحثية بسبب توفر واسع النطاق لأجهزة الليزر النبضي عالية الشدّة بالغة القصر، مع معدلات تكرار عالية.

فيزياء المجال القوي وعلم الأتو ثانية (جزء من مليار مليار جزء من الثانية)

الذرات والجزيئات المعرضة للضوء منخفض الشدّة لا تغير خصائصها كنتيجة للتفاعل. إذا تم ضبط الضوء ليكون في صدى مع الانتقال، يمكن أن تحدث إثارة للإلكترون، وإذا كانت طاقة الفوتون عالية بما فيه الكفاية، يمكن تحرير الإلكترون في عمليّة التأيّن. يحدث نظام مثير للاهتمام عندما تصبح شدة مجال الضوء قابلة للمقارنة مع ما يلزم لربط الإلكترونات في الذرات أو الجزيئات. وهذا ما يسمى نظام المجال القوي للفيزياء الذرية [62-70].

العديد من الظواهر الفيزيائية المثيرة للاهتمام تحدث بعد عملية التأين الناتجة عن التعرّض لمجال ليزر قوي. يمكن تأين الذرة عن طريق امتصاص الكثير من الفوتونات أكثر مما هو مطلوب، مما يؤدي إلى طرد الإلكترونات ذات الطاقة الحركية العالية جدًا، وهي عملية تسمى التأين فوق العرج أو (ATI) مصدر: [69 ، 70]. تم اكتشاف التوليد التوافقي العالي (HHG) لضوء الليزر [66 ، 67] في البداية دون استخدام تكنولوجيا تضخيم النبضة المزقزقة (CPA) ، ولكن الاستكشاف الواسع النطاق لفيزياء المجال القوي الذي أعقبه كان نتيجة مباشرة لتكنولوجيا الـ (CPA). دراسات تجريبية مفصلة للتوليد التوافقي العالي (HHG) باستخدام الليزر المستند إلى تكنولوجيا فيمتوثانية القائمة على تضخيم النبضة المزقزقة (CPA) أدى إلى وضع تفسير شبه كلاسيكي للفيزياء في مجالات الليزر القوي [70-72]، وهو موضَّح في الشكل التالي:

شكل 5 توضيح لنموذج إعادة التدوير المكون من ثلاث خطوات للتوليد التوافقي العالي HHG

1. في الخطوة الأولى، يتسبب حقل الليزر في تأين الأنفاق.
2. في الخطوة الثانية، يقوم مجال الليزر أولًا بتسريع الإلكترون. عندما ينعكس الحقل في الدورة النصفية التالية، قد يعود الإلكترون الحر إلى الأيون ويعيد تكوينه.
3. في الخطوة الثالثة، ينبعث فوتون عالي الشدة من الأشعة فوق البنفسجية.

ومع ذلك، تقنية ليزر الفيمتو ثانية التي طورت خلال الستينيات والسبعينيات والثمانينيات لم تكن قادرة على كسر حد معيَّن (1-fs-pulse–duration). بعد فترة وجيزة من أول إدراك تجريبي للتوافقيات العالية، اقتُرِحَ أن التناغم العالي الترتيب (high-order harmonics) يمكن أن يؤدي إلى نبضات أقصر من 1 fs [73] وبعد مرور عقد من الزمن، وبعد البناء على العديد من التحسينات والرؤى حول التوليد التوافقي العالي HHG عن طريق الليزر القائم على تكنولوجيا تضخيم النبضة المزقزقة (CPA)، تمت ملاحظة أول نبضات أتو ثانية تجريبيًا [74 ، 75]. كانت هذه ولادة حقل بحث جديد – وهو علم الأتو ثانية. فلأول مرة، يمكن فحص ديناميات الإلكترونات داخل الذرات والجزيئات والمادة في المرحلة المكثفة [76].

تسريع ليزر البلازما

لا تزال تكنولوجيا المسرعات تهيمن عليها بالكامل مسرعات ترددات الراديو (RF) العاملة في نطاق تردد من 100 ميجاهرتز إلى عدة جيجاهرتز. هذه التكنولوجيا ناضجة وقوية وتخدم متطلبات التشغيل للعديد من المسرعات. ومع ذلك، لديها بعض العيوب. فإذا كان الهدف هو إنشاء مسرع عند الحد الأعلى للطاقة، فإن الانحدار المحدود للتسارع يتطلب أن يكون المسرع كبيرًا جدًا وبالتالي فهو مكلف جدًا. وعندما تكون هناك حاجة إلى جسيمات ذات طاقة عالية (غالبًا بروتونات) للعلاج الإشعاعي للأورام، من الصعب وضع مسرع كبير وثقيل يعمل بترددات الراديو في بيئة مستشفى.

اقترح الباحثون في عام 1979 أن الليزر المكثف يمكن أن يولد موجة بلازما (حقل المخر) يمكن أن تسرع الإلكترونات إلى 1 GeV (جيجا إلكترون فولت) على مسافة 1 سم [77]. مفتاح هذا التسارع الكبير يكمن في وجود ليزر عالي الطاقة. يوضح الشكل 7 مبدأ تسريع ليزر البلازما.

شكل 6 رسم تخطيطي لتوضيح آلية تسريع ليزر البلازما

تعمل نبضات الليزر المكثفة على توجيه موجة البلازما (wake) في قناة بلازما، والتي توجه أيضًا نبضة الليزر وتمنع حدوث حيدوها. يمكن تسريع وتركيز إلكترونات الخلفية البلازمية عن طريق حقنها بطور (phase) مناسب.

في مختبر لورانس بيركلي الوطني في كاليفورنيا، يُستخدم جهاز ليزر من نوع (بيتا وات) في منشأة Berkeley Lab Laser Accelerator (BELLA) لتسريع الإلكترونات إلى 4.2 GeV (جيجا إلكترون فولت) على مسافة 9 سم [78]. هذا التدرج من التسارع أزيد بدرجتين عما يمكن الحصول عليه مع تكنولوجيا الترددات اللاسلكية (RF). هناك العديد من التحديات المنطقية التي يجب حلها قبل استخدام المسرعات بالليزر للتطبيقات الطبية [79].

تطبيقات الليزر عالي الشدة في الصناعة والطب

تستخدم نبضات الليزر القصيرة عالية الشدة في الصناعة لدقتها العالية وسمحت التقنية بناء أنظمة ليزر صغيرة الحجم تستخدم في الصناعة والطب، ويمكن تعديل الشدة لتتناسب مع مختلف التطبيقات: على سبيل المثال تقليل الشدة للاستخدام في المعاملة الحرارية وزيادتها لاستخدام الليزر في إزالة المواد. الفتحات الدقيقة التي تكون في الدعامات يتم عملها باستخدام ليزر الفيمتو ثانية.

في السنوات الأخيرة، أصبح ليزر الفيمتو ثانية متاح للاستخدام السريري في العمليات الجراحية الانكسارية لعلاج قصر النظر والاستجماتيزم في جميع أنحاء العالم. في الليزك (أنظر في الشكل 8)، يقدم ليزر الفيمتو ثانية دقة عالية لعلاج القرنية، وهو ما يتطلبه ليزر (إكسيمر) للوصول إلى وإعادة تشكيل القرنية. وبمساعدة ليزر الفيمتو ثانية [80]، تكون طاقات النبضة الفيمتو ثانية النموذجية هي 120 نانو جول [81].

شكل 7 الشكل التوضيحي لعملية جراحية بالليزر الانكساري من نوع الكل في واحد (all-in-one)

تمثل الخطوط المنقطة باللون الأخضر الحزم من ليزر فيمتو كون يستند إلى تقنية تضخيم النبضة المزقزقة (CPA) يعمل بقدرات نبضية منخفضة إلى حد ما تبلغ 120 نانو جول/نبضة، ولكن بمعدل تكرار أعلى من 100 كيلو هرتز. يتحرك شعاع الليزر باستمرار في دوائر ذات تناقص نصف قطر، كما هو الحال في دوامة تتحرك إلى الداخل. يخلق ليزر الفيمتو ثانية جزءًا صغيرًا من النسيج على شكل عدسة ليتم إزالته. يستخدم الليزر أيضًا لإنشاء شق صغير في القرنية تُزال من خلاله العدسة ميكانيكيًا. يُركَّز الليزر على بضعة ميكرومترات، بحيث يمكن وضع عملية الاجتثاث بالليزر التي تنتج العدسول (lenticule) بدقة عالية. يبلغ طول العدسة عادة 6 مم وقطر 100 ميكرومتر في المركز. عن طريق إزالة المادة عدسية الشكل، يتم تمديد الطول البؤري، بحيث يتم نقل التركيز إلى الشبكية وتصحيح قصر النظر.

ملاحظات ختامية على توليد النبضات الضوئية عالية الشدّة وبالغة القصر

لقد فتح اختراع مورو وستريكلاند لتقنية تضخيم النبضة المزقزقة (CPA) العديد من الطرق للباحثين في العلوم الأساسية والتطبيقية، مما أدى إلى تطبيقات مفيدة. وتوسيع حدود استخدام تضخيم النبضة المزقزقة هو مسعى عام ومستمر.

المصادر

1. L. Schawlow and C.H. Townes, Infrared and optical masers, Phys. Rev. 112, 1940 (1958)
2. H. Maiman, Stimulated optical radiation in ruby, Nature 187, 493 (1960)
3. L. Schawlow, Optical masers, Scientific American 204 (6), 52 (1961)
4. J. McClung and R.W. Hellwarth, Giant optical pulsations from ruby, J. Appl. Phys. 33, 828 (1962)
5. E. Hargrove, R.L. Fork and M.A. Pollack, Locking of He−Ne laser modes induced by synchronous intracavity modulation, Appl. Phys. Lett. 5, 4 (1964)
6. DiDomenico Jr., Small-signal analysis of internal (coupling-type) modulation of lasers, J. Appl. Phys. 35, 2870 (1964)
7. Yariv, Internal modulation in multimode laser oscillators, J. Appl. Phys. 36, 388 (1965)
8. W. Mocker and R.J. Collins, Mode competition and self-locking effects in a Q-switched ruby laser, Appl. Phys. Lett. 7, 270 (1965)
9. J. DeMaria, D.A. Stetser and H. Heynau, Self mode-locking of lasers with saturable absorbers, Appl. Phys. Lett. 8, 174 (1966)
10. P. Sorokin and J.R. Lankard, Stimulated emission observed from an organic dye, chloroaluminum phthalocyanine, IBM J. Res. Dev. 10, 162 (1966)
11. P. Schäfer, W. Schmidt and J. Volze, Organic dye solution laser, Appl. Phys. Lett. 9, 306 (1966)
12. P. Ippen, C.V. Shank and A. Dienes, Passive mode locking of the the cw dye laser, Appl. Phys. Lett. 21, 348 (1972)
13. V. Shank and E.P. Ippen, Subpicosecond kilowatt pulses from a mode-locked cw dye laser, Appl. Phys. Lett. 24, 373 (1974)
14. S. Ruddock and D.J. Bradley, Bandwidth-limited subpicosecond pulse generation in modelocked cw dye lasers, Appl. Phys. Lett. 29, 296 (1976)
15. L. Fork, B.I. Greene and C.V. Shank, Generation of optical pulses shorter than 0.1 psec by colliding pulse mode locking, Appl. Phys. Lett. 38, 671 (1981)
16. J. Tomlinson, R.H. Stolen and C.V. Shank, Compression of optical pulses chirped by selfphase modulation in fibers, J. Opt. Soc. Am. B 1, 139 (1984)
17. Ashkin, Acceleration and trapping of particles by radiation pressure, Phys. Rev. Lett. 24, 156 (1970)
18. Ashkin and J.M. Dziedzic, Optical levitation by radiation pressure, Appl. Phys. Lett. 19, 283 (1971)
19. Ashkin, J.M. Dziedzic, J.E. Bjorkholm and S. Chu, Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles, Opt. Lett. 11, 288 (1986)
20. Ashkin, Force of a single-beam gradient laser trap on a dielectric sphere in the ray optics regime, Biophys. J. 61, 569 (1992)
21. Ashkin, Trapping of atoms by resonance radiation pressure, Phys. Rev. Lett. 40, 729 (1978)
23. Chu, J.E. Bjorkholm, A. Ashkin and A. Cable, Experimental observation of optically trapped atoms, Phys. Rev. Lett. 57, 314 (1986)
24. Ashkin and J.M. Dziedzic, Optical trapping and manipulation of viruses and bacteria, Science 235, 1517 (1987)
25. Ashkin, J.M. Dziedzic and T. Yamane, Optical trapping and manipulation of single cells using infrared laser beams, Nature 330, 769 (1987)
26. Ashkin and J.M. Dziedzic, Internal cell manipulation using infrared laser traps, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86, 7914 (1989)
27. Ashkin, K. Schütze, J.M. Dziedzic, U. Euteneuer and M. Schliwa, Force generation of organelle transport measured in vivo by an infrared laser trap, Nature 348, 346 (1990)
28. M. Block, D.F. Blair and H.C. Berg, Compliance of bacterial flagella measured with optical tweezers, Nature 338, 514 (1989)
29. T. Perkins, Ångström-precision optical traps and applications, Annu. Rev. Biophys. 43, 279 (2014)
30. A. Abbondanzieri, W.J. Greenleaf, J.W. Shaevitz, R. Landick and S.M. Block, Direct observation of base-pair stepping by RNA polymerase, Nature 438, 460 (2005)
31. T. Perkins, S.R. Quake, D.E. Smith and S. Chu, Relaxation of a single DNA molecule observed by optical microscopy, Science 264, 822 (1994)
32. B. Smith, Y. Cui and C. Bustamante, Overstretching B-DNA: the elastic response of individual double-stranded and single-stranded DNA molecules, Science 271, 795 (1996)
33. D. Wang, H. Yin, R. Landick, J. Gelles and S.M. Block, Stretching DNA with optical tweezers, Biophys. J. 72, 1335 (1997)
34. B. Smith, L. Finzi and C. Bustamante, Direct mechanical measurements of the elasticity of single DNA molecules by using magnetic beads, Science 258, 1122 (1992)
35. Cluzel, A. Lebrun, C. Heller, R. Lavery, J.L. Viovy, D. Chatenay and F. Caron, DNA: an extensible molecule, Science 271, 792 (1996)
36. Liphardt, B. Onoa, S.B. Smith, I. Tinoco Jr. and C. Bustamante, Reversible unfolding of single RNA molecules by mechanical force, Science 292, 733 (2001)
37. Liphardt, S. Dumont, S.B. Smith, I. Tinoco Jr. and C. Bustamante, Equilibrium information from nonequilibrium measurements in an experimental test of Jarzynski’s equality, Science 296, 1832 (2002)
38. Jarzynski, Nonequilibrium equality for free energy differences, Phys. Rev. Lett. 78, 2690 (1997)
39. Svoboda, C.F. Schmidt, B.J. Schnapp and S.M. Block, Direct observation of kinesin stepping by optical trapping interferometry, Nature 365, 721 (1993)
40. T. Finer, R.M. Simmons and J.A. Spudich, Single myosin molecule mechanics: piconewton forces and nanometre steps, Nature 368, 113 (1994)
41. E. Molloy, J.E. Burns, J. Kendrick-Jones, R.T. Tregear and D.C.S. White, Movement and force produced by a single myosin head, Nature 378, 209 (1995)
42. D. Wen, L. Lancaster, C. Hodges, A.C. Zeri, S.H. Yoshimura, H.F. Noller, C. Bustamante and I. Tinoco Jr, Following translation by single ribosomes one codon at a time, Nature 452, 598 (2008)
43. E. Aubin-Tam, A.O. Olivares, R.T. Sauer, T.A. Baker and M.J. Lang, Single-molecule protein unfolding and translocation by an ATP-fueled proteolytic machine, Cell 145, 257 (2011)
44. A. Maillard, G. Chistol, M. Sen, M. Righini, J. Tan, C.M. Kaiser, C. Hodges, A. Martin and C. Bustamante, ClpX(P) generates mechanical force to unfold and translocate its protein substrates, Cell 145, 459 (2011)
45. Strickland and G. Mourou, Compression of amplified chirped optical pulses, Opt. Commun. 56, 219 (1985)
46. Desbois, F. Gires and P Turnois, A new approach to picosecond laser pulse analysis shaping and coding, IEEE J. Quant. Electron. QE-9, 213 (1973)
47. L. Fork, O.E. Martinez and J.P. Gordon, Negative dispersion using pairs of prismas, Opt. Lett. 9, 150 (1984)
48. Nikolaus and D. Grischkowsky, 12x pulse compression using optical fibers, Appl. Phys. Lett. 42, 1 (1983)
49. Treacy, Optical pulse compression with diffraction gratings, IEEE J. Quant. Electr. QE5, 454 (1969)
50. Strickland, P. Maine, M. Bouvier, S. Williamson and G. Mourou, Picosecond pulse amplification using pulse compression techniques, in Conference on Lasers and Electro-Optics, G. Bjorklund, E. Hinkley, P. Moulton and D. Pinnow, eds., OSA Technical Digest (Optical Society of America, 1986), paper THL
51. Strickland, P. Maine, M. Bouvier, S. Williamson and G. Mourou, Picosecond pulse amplification using pulse compression techniques, in Ultrafast phenomena V: Proceedings of the Fifth OSA Topical Meeting, Snowmass, Colorado, June 16-19, 1986. G.R. Fleming and A.E. Siegman, eds., (Berlin, Heidelberg, New York, Springer Verlag, 1986), p. 38
52. Maine, D. Strickland, P. Bado, M. Pessot and G. Mourou, En route vers le Petawatt, Rev. Phys. Appl. (Paris) 22, 1657 (1987)
53. Maine, D. Strickland, P. Bado, M. Pessot and G. Mourou, Generation of ultrahigh peak power pulses by chirped pulse amplification, IEEE J. Quantum Electron. QE-24, 398 (1988)
54. E. Martinez, Grating and prism compressors in the case of finite beam size, J. Opt. Soc. Am. B 3, 929 (1986)
55. E. Martinez, 3000 times grating compressor with positive group velocity dispersion: Application to fiber compensation in the 1.3-1.6 µm region, IEEE J. Quant. Electron. QE-23, 59 (1987)
56. Pessot, P. Maine and G. Mourou, 1000 times expansion/compression of optical pulses for chirped pulse amplification, Opt. Commun. 62, 419 (1987)
57. Dubietis, G. Jonusauskas and A. Piskarskas, Powerful femtosecond pulse generation by chirped and stretched pulse parametric amplification in BBO crystal, Opt. Commun. 88, 437 (1992)
58. Moulton, Ti-doped sapphire: tunable solid-state laser, Opt. News 8, 9 (1982)
59. D. Perry, D. Pennington, B.C. Stuart, G. Tietbohl, J.A. Britten, C. Brown, S. Herman, B. Golick, M. Kartz, J. Miller, H.T. Powell, M. Vergino and V. Yanovsky, Petawatt laser pulses, Opt. Lett. 24, 160 (1999)
60. Backus, C.G. Durfee III, M.M. Murnane and H.C. Kapteyn, High power ultrafast lasers, Rev. Sci. Instrum. 69, 1207 (1998)
61. Danson, D. Hiller, N. Hopps and D. Neely, Petawatt class lasers worldwide, High Power Laser Science and Engineering, vol. 3, p. 1 (2015)
62. V. Keldysh, Ionization in the field of a strong electromagnetic wave, Sov. Phys. JETP 20, 1307 (1965)
63. H.M. Faisal, Multiple absorption of laser photons by atoms, J. Phys. B 6, L89 (1973)
64. R. Reiss, Effect of an intense electromagnetic field on a weakly bound system, Phys. Rev. 22, 1786 (1980)
65. V. Ammosov, N.B. Delone and V.P. Krainov, Tunnel ionization of complex atoms and atomic ions in an alternating electric field, Sov. Phys. JETP 64, 1191 (1986)
66. Ferray, A. L’Huillier, X.F. Li, L.A. Lompre, G. Mainfray and C. Manus, Multiple-harmonic conversion of 1064 nm radiation in rare gases, J. Phys. B 21, L31 (1988)
67. F. Li, A. L’Huillier, M. Ferray, L.A. Lompré and G. Mainfray, Multiple-harmonic generation in rare gases at high laser intensity, Phys. Rev. A 39, 5751 (1989)
68. Augst, D. Strickland, D.D. Meyershofer, S.L. Chin and J.H. Eberly, Tunneling ionization of noble gases in a high-intensity laser field, Phys. Rev. Lett. 63, 2212 (1989)
69. Agostini, F. Fabre, G. Mainfray, G. Petite and N.K. Rahman, Free-free transitions following six-photon ionization of xenon atoms, Phys. Rev. Lett. 42, 1127 (1979)
70. J. Schafer, B. Yang, L.F. DiMauro and K.C. Kulander, Above threshold ionization beyond the high harmonic cutoff, Phys. Rev. Lett. 70, 1599 (1993)
71. C. Kulander, K.J. Schafer and J.L. Krause, Dynamics of short-pulse excitation, ionization and harmonic conversion, in Super-Intense Laser-Atom Physics, NATO ASI Series (Series B: Physics), 316, 95 (1993)
72. B. Corkum, Plasma perspective on strongfield multiphoton ionization, Phys. Rev. Lett. 71, 1994 (1993).
73. Farkas and Cs. Tóth, Proposal for attosecond light pulse generation using laser induced multiple-harmonic conversion processes in rare gases, Phys. Lett. A 168, 447 (1992)
74. M. Paul, E.S. Toma, P. Breger, G. Mullot, F. Augé, Ph. Balcou, H.G. Muller and P. Agostini, Observation of a train of attosecond pulses from high harmonic generation, Science 292, 1689 (2001)
75. Hentschel, R. Kienberger, C. Spielmann, G.A. Reider, N. Milosevic, T. Brabec, P. Corkum, U. Heinzmann, M. Drescher and F. Krausz, Attosecond metrology, Nature 414, 509 (2001)
76. Calegari, G. Sansone, S. Stagira, C. Vozzi and M. Nisoli, Advances in attosecond science, J. Phys. B 49, 062001 (2016)
77. Tajima and J.M. Dawson, Laser electron accelerator, Phys. Rev. Lett. 43, 267 (1979)
78. P. Leemans, A.J. Gonsalves, H.-S. Mao, K. Nakamura, C. Benedetti, C.B. Schroeder, Cs.
79. Tóth, J. Daniels, D.E. Mittelberger, S.S. Bulanov, J.-L. Vay, C.G.R. Geddes and E. Esarey, MultiGeV electron beams from capillary-discharge-guided subpetawatt laser pulses in the selftrapping regime, Phys. Rev. Lett. 113, 245002 (2014).
80. Linz and J. Alonso, What will it take for laser driven proton accelerators to be applied to tumor therapy?, Phys. Rev. ST Accel. Beams 10, 094801 (2007)
81. Sekundo, K.S. Kunert and M Blum, Small incision corneal refractive surgery using the small incision lenticule extraction (SMILE) procedure for the correction of myopia and myopic astigmatism: results of 6 month prospective study, Br. J. Ophthalmol. 95, 335 (2011)
82. Lin, Y. Xu and Y. Yang, Comparison of the visual results after SMILE and femtosecond laser-assisted LASIK for myopia, J. Refract. Surg. 30, 248 (2014)

إعداد:
– أحمد رضا
– أحمد محمد
– إسلام سامي
مراجعة: إسلام سامي