A cikk forrása: Az internetről összeállított lézeres ipari megfigyelés A femtoszekundumos lézer egy "ultra-rövid impulzusos" generáló eszköz, amely fényt bocsát ki egy ultra-rövid időn belül, csak egy billió másodperc alatt. A FEI a FEMTO előtag rövidítése az egységek nemzetközi rendszerében, és 1 femtosecond = 1 × 10^-15 másodperc. Az úgynevezett impulzusfény csak egy pillanatra bocsát ki fényt. A kamera vakujának fénykibocsátási ideje körülbelül 1 mikrosekundum, tehát a femtosekundás ultra-rövid impulzus fénynek csak az idő körülbelül egy milliárdja van a fény kibocsátására. Mint mindannyian tudjuk, a fénysebesség páratlan sebességgel, 300 000 kilométer / másodpercenként repül (egy másodperc alatt hét és fél alkalommal körözve a Földet). Egy femtosekundumban azonban a fény csak 0,3 mikronot eredményez.
Általában a Flash Photography segítségével rögzítjük a mozgó tárgyak pillanatnyi állapotát. Hasonlóképpen, ha femtosekundás lézert használ a villanáshoz, akkor lehetséges, hogy egy kémiai reakció minden fragmentumát erőszakos sebességgel fordul elő. Ehhez a femtosekundás lézerek felhasználhatók a kémiai reakciók rejtélyeinek tanulmányozására.
Az általános kémiai reakciók a nagy energiával rendelkező közbenső állapotban, az úgynevezett "aktivált állapotban" haladnak át. Az aktivált állapot létezését az Arrhenius vegyész elméletileg megjósolta már 1889 -ben, de mivel nagyon rövid pillanatra létezett, azt nem lehetett közvetlenül megfigyelni. De létezését az 1980 -as évek végén közvetlenül a femtosekundás lézerek mutatják be, ez egy példa a femtosekundum lézerek használatára a kémiai reakciók pontos meghatározására. Például a ciklopentanon molekula aktivált állapotban bomlik szén -monoxidba és 2 etilénmolekulává.
Manapság a femtosekundás lézereket számos olyan területen is használják, mint a fizika, a kémia, az élettudomány, az orvostudomány és a mérnöki munka. Különösen a fény és az elektronika kombinációja várhatóan különféle új lehetőségeket nyit meg a kommunikáció, a számítógépek és az energia területén. Ennek oka az, hogy a fény intenzitása nagy mennyiségű információt továbbíthat az egyik helyről a másikra, szinte veszteség nélkül, így az optikai kommunikáció még gyorsabbá válik. A nukleáris fizika területén a femtosekundás lézerek óriási hatást gyakoroltak. Mivel az impulzusos fény nagyon erős elektromos mezővel rendelkezik, az elektronok felgyorsíthatók, hogy a fénysebességhez közel álljanak 1 femtosekundumon belül, így "gyorsítóként" használható az elektronok felgyorsításához.
Alkalmazás az orvostudományban Mint fentebb említettük, a femtosekundumok világán belül is a fény fagyos, és nem tud nagyon messzire mozogni, de még ezen az időtartamon is az anyagok és a molekulák az anyagban és az elektronokban a számítógépes chipsben még mindig mozognak az áramkörben. Ha femtosekundumos impulzust használ, akkor azonnal megállíthatja, és tanulmányozhatja, mi történik. Amellett, hogy a leállítási időre villog, a femtosekundás lézerek mikrokrokokat fúrhatnak fémben is, akár 200 nanométer (két tízezer milliméter) átmérőjű fémben. Ez azt jelenti, hogy az ultra-rövid impulzusfény, amely rövid idő alatt összenyomódik és bezárt, az ultra-magas teljesítmény csodálatos hatását éri el, anélkül, hogy a környezet további károkat okozna. Ezenkívül a femtosekundás lézerek impulzusos fénye rendkívül finom részletekben rögzítheti a tárgyak háromdimenziós képeit. A sztereoszkópos képfotózás nagyon hasznos az orvosi diagnózisban, ezáltal megnyitva egy új, optikai interferencia tomográfia nevű kutatási mezőt. Ez egy femtosekundás lézerrel rögzített élő szövetek és élő sejtek háromdimenziós képe. Például egy nagyon rövid fényimpulzus a bőrre irányul. Az impulzusfény tükröződik a bőr felületén, és az impulzusfény egy részét a bőrbe bocsátják ki. A bőr belseje sok rétegből áll. A bőrbe belépő impulzusfény kis impulzusfényként visszapattan. A tükröződött fényben lévő különféle impulzusfények visszhangja alapján a bőr belső szerkezete ismert.
Ezenkívül ennek a technológiának a szembe a retina háromdimenziós képeit képesek a szembe való háromdimenziós képek nagy praktikussága. Ez lehetővé teszi az orvosok számára, hogy diagnosztizálják a szöveteik problémáit. Ez a fajta vizsgálat nem korlátozódik a szemre. Ha egy lézert küld a testbe optikai rost segítségével, akkor megvizsgálhatja a test különböző szerveinek szöveteit. A jövőben is lehetséges, hogy felismerjük, hogy rákká vált -e.
Az ultra-pontos órák megvalósítása A tudósok úgy vélik, hogy ha látható fényt használnak egy femtosekundás lézeróra elkészítésére, akkor az az időt pontosabban mérni, mint egy atomórát, és a világ legpontosabb órájaként szolgál az elkövetkező néhány évben. Ha az óra pontos, akkor ez jelentősen javítja az autó navigációjához használt GPS (globális helymeghatározó rendszer) pontosságát is.
Miért lehet a látható fény pontos órát? Minden óra és óra nélkülözhetetlen az inga és a fogaskerekek mozgásához. A pontos rezgési frekvenciával rendelkező inga lengésén keresztül a fogaskerekek másodpercekig forognak, és a pontos órák sem kivétel. Ezért a pontosabb óra elkészítéséhez magasabb vibrációs frekvenciával rendelkező ingot kell használni. A kvarcórák (azok az órák, amelyek ing helyett kristályrengést használnak) pontosabbak, mint az inga órák, mivel a kvarc rezonátor másodpercenként többször oszcillál.
A jelenleg az időstandardként használt cézium atomórát oszcillációs gyakoriság körülbelül 9,2 gigahertz (a Gigahertz Nemzetközi Egységének előtagja, 1 Gigahertz = 10^9). Az atom óra a cézium atomok természetes oszcillációs gyakoriságát használja, és az inga helyettesíti azokat a mikrohullámú sütőket, amelyek oszcillációs frekvenciája következetes. Pontossága tízmillió év alatt csak egy másodperc. Ezzel szemben a látható fény oszcillációs gyakorisága 100 000–1 000 000 -szer magasabb, mint a mikrohullámú oszcillációs frekvencia. Vagyis a látható fényenergia felhasználható precíziós órák létrehozására, amelyek milliószor pontosabbak, mint az atomórák. A világ legpontosabb óráját, amely látható fényt használ, sikeresen beépítették egy laboratóriumba.
Einstein relativitáselmélete ennek a pontos óra segítségével igazolható. Az egyik ilyen pontos órát a laboratóriumba, a másikat a földszinten az irodába helyeztük, és lehetséges helyzeteket vettünk figyelembe. Egy vagy két óra elteltével az eredményt megjósolta Einstein relativitáselmélete. A kettő miatt a padlók között eltérő "gravitációs mezők" vannak, tehát a két óra már nem mutat ugyanabban az időben, és a földszinti óra lassabban fut, mint az emeleti óra. Ha pontosabb órát használnának, akkor talán még a csuklón és a bokán viselt órák is megmutatják aznap különböző időpontokat. Pontos órák segítségével egyszerűen megtapasztalhatjuk a relativitás varázsait.
Fénysebesség lelassítja a technológiát 1999 -ben Rainer Howe professzor, az Egyesült Államok Hubbard Egyeteme sikeresen lelassította a fényt 17 méterre másodpercre, egy olyan sebesség, amelybe az autók felzárkózhatnak, majd sikeresen lelassították a fényt olyan sebességre, amelyre akár a kerékpárok is fel tudnak lépni. Ez a kísérlet magában foglalja a fizika legmodernebb kutatását. Ez a cikk csak két kulcsot mutat be a kísérlet sikeréhez. Az egyik egy rendkívül alacsony hőmérsékletű nátrium-atom "felhő" felépítése az abszolút nulla (-273,15 ° C) közelében, egy speciális gázállapot, amelyet Bose-Einstein kondenzátumnak hívnak. A másik egy lézer, amely beállítja a rezgési frekvenciát (vezérlő lézer), és a nátrium -atomok felhőjének megvilágítására használja, és valami hihetetlen történik.
A tudósok először egy kontroll lézert használnak az impulzus fény tömörítéséhez az atomok felhőjében, és rendkívül lassítják le. Ezután kikapcsolják a vezérlő lézert, és az impulzus fény eltűnik. Az impulzusfényben hordozott információkat az atomok felhőben tárolják. - Ezután egy szabályozott lézerrel besugárzzák, az impulzus lámpát helyreállítják, és kilép az atomfelhőből. Ennek eredményeként az eredetileg tömörített impulzus újra kibővül, és a sebesség helyreáll. Az impulzusos fényinformációk bevitelének teljes folyamata az atomfelhőbe nagyon hasonló a számítógépen történő olvasáshoz, tároláshoz és visszaállításhoz. Ezért ez a technológia elősegítheti a kvantum számítógépek megvalósulásának megvalósítását.
A "femtosecond" világától az "attosecond" -ig A femtosekundumok túlmutatnak a képzeletünkön. Most belépünk az attosekondok világába, amelyek rövidebbek, mint a femtosekundumok. AH az egységek nemzetközi rendszerének "Atto" előtagjának rövidítése. 1 attosecond = 1 × 10^-18 másodperc = a femtosekundum ezred-része. Az attosekundás impulzusok nem készíthetők látható fényben, mivel az impulzusok lerövidítése rövidebb hullámhosszú fény használatát igényli. Például, ha egy pulzusot szeretne létrehozni a vörös látható fény felhasználásával, akkor lehetetlen rövidebb impulzust hozni, mint a hullámhossz. A látható fénynek körülbelül 2 femtosekundum, tehát az attosekundumos impulzusok rövidebb hullámhosszúságú röntgen- vagy gamma-sugarakat használnak. Nem világos, hogy a jövőben a attosecond röntgen impulzusok segítségével fedezik fel a jövőben. Például az attosekundos villanások használata a biomolekulák megjelenítéséhez lehetővé teszi számunkra, hogy nagyon rövid időtartamon megfigyeljük tevékenységüket, és esetleg azonosítsuk a biomolekulák szerkezetét.
