Penggunaan Laser Femtosaat

Laser femtosaat ialah peranti penjanaan "cahaya berdenyut ultra pendek" yang memancarkan cahaya untuk tempoh masa ultra pendek hanya kira-kira satu gigabit sesaat. Femto ialah singkatan sistem antarabangsa unit femto (femto), 1 femtosaat=1 × 10^-15 saat. Cahaya yang dipanggil berdenyut hanya dalam seketika untuk melepaskan cahaya. Masa pemancaran cahaya denyar kamera ialah kira-kira 1 mikrosaat, jadi nadi ultra-pendek cahaya femtosaat hanya kira-kira satu bilion daripada masanya untuk melepaskan cahaya. Seperti yang kita sedia maklum, kelajuan cahaya ialah 300,000 kilometer sesaat (7 setengah minggu mengelilingi bumi dalam 1 saat) kelajuan yang tiada tandingannya, tetapi dalam tempoh 1 femtosaat cahaya genap hanya 0.3 mikron ke hadapan.
Biasanya, kami menggunakan fotografi kilat untuk dapat memotong keadaan serta-merta objek bergerak. Begitu juga, dengan kilat laser femtosaat, adalah mungkin untuk melihat setiap serpihan tindak balas kimia yang berlaku pada kelajuan yang ganas. Atas sebab ini, laser femtosecond boleh digunakan untuk mengkaji misteri tindak balas kimia.
Tindak balas kimia secara umum berlaku selepas keadaan perantaraan tenaga tinggi, yang dipanggil "keadaan diaktifkan". Kewujudan keadaan pengaktifan telah diramalkan secara teori oleh ahli kimia Arrhenius pada tahun 1889, tetapi ia tidak dapat diperhatikan secara langsung kerana ia wujud dalam masa yang sangat singkat. Walau bagaimanapun, kewujudannya telah ditunjukkan secara langsung oleh laser femtosecond pada akhir 1980-an, dan ini adalah contoh tindak balas kimia yang dikenal pasti dengan laser femtosecond. Sebagai contoh, penguraian molekul siklopentanone kepada karbon monoksida dan dua molekul etilena dalam keadaan diaktifkan.
Pada masa kini, laser femtosecond juga digunakan dalam pelbagai bidang seperti fizik, kimia, sains hayat, perubatan, kejuruteraan, dll. Khususnya, cahaya dan elektronik berjalan seiring dan dijangka membuka semua jenis kemungkinan baru dalam bidang komunikasi atau komputer dan tenaga. Ini kerana keamatan cahaya boleh menghantar sejumlah besar maklumat dari satu tempat ke tempat lain hampir tanpa kehilangan, menjadikan komunikasi optik lebih berkelajuan tinggi. Dalam bidang fizik nuklear, laser femtosecond telah memberi impak yang besar. Oleh kerana cahaya berdenyut mempunyai medan elektrik yang sangat kuat, adalah mungkin untuk mempercepatkan elektron kepada hampir kelajuan cahaya dalam 1 femtosaat, dan oleh itu boleh digunakan sebagai "pedal gas" untuk mempercepatkan elektron.
Permohonan perubatan
Seperti yang dinyatakan di atas, dunia dalam femtosaat sangat beku sehingga cahaya pun tidak boleh bergerak sangat jauh, tetapi walaupun pada skala masa ini, atom dan molekul dalam jirim dan elektron dalam litar di dalam cip komputer masih bergerak. Jika anda menggunakan denyutan femtosaat anda boleh menghentikannya serta-merta dan mengkaji apa yang sedang berlaku. Selain denyar yang menghentikan masa, laser femtosaat mampu menggerudi lubang mikroskopik dalam logam sehingga diameter 200 nanometer (dua perseribu milimeter). Ini bermakna bahawa denyutan ultrashort cahaya yang dimampatkan dan dikunci di dalam untuk jangka masa yang singkat mendapat output yang luar biasa tinggi tanpa kerosakan tambahan pada kawasan sekeliling. Tambahan pula, cahaya berdenyut daripada laser femtosaat mampu mengambil imej stereo subjek yang sangat halus. Fotografi stereoskopik sangat berguna dalam diagnosis perubatan, sekali gus membuka bidang penyelidikan baharu yang dipanggil tomografi gangguan optik. Ini ialah penggunaan laser femtosaat untuk mengambil imej stereoskopik tisu dan sel hidup. Contohnya, nadi cahaya yang sangat pendek ditujukan kepada kulit, dan cahaya yang berdenyut dipantulkan pada permukaan kulit, dengan beberapa cahaya yang berdenyut diarahkan ke dalam kulit. Bahagian dalam kulit terdiri daripada banyak lapisan, dan cahaya berdenyut yang ditembak ke dalam kulit dipantulkan semula sebagai denyutan kecil, dan dari gema lampu berdenyut berbentuk ini dalam cahaya yang dipantulkan, adalah mungkin untuk mengetahui struktur dalaman kulit itu.
Di samping itu, teknologi ini mempunyai utiliti yang hebat dalam oftalmologi, di mana ia boleh mengambil imej stereoskopik retina jauh di dalam mata. Oleh itu, doktor dapat mendiagnosis sama ada terdapat masalah dengan tisunya. Pemeriksaan ini tidak terhad kepada mata, tetapi jika laser dihantar ke dalam badan dengan gentian optik, semua tisu pelbagai organ dalam badan boleh diperiksa, dan pada masa akan datang ia mungkin juga untuk memeriksa sama ada ia telah menjadi. barah.
Mencapai jam ultra-tepat
Para saintis percaya bahawa jika jam dengan laser femtosaat dibuat menggunakan cahaya yang boleh dilihat, ia akan dapat mengukur masa dengan lebih tepat daripada jam atom dan akan berfungsi sebagai jam paling tepat di dunia pada tahun-tahun akan datang. Jika jam itu tepat, maka ia juga meningkatkan ketepatan GPS (Global Positioning System) yang digunakan untuk navigasi kereta.
Mengapakah cahaya boleh dilihat boleh menghasilkan jam yang tepat? Semua jam dan jam tangan tidak mempunyai pendulum dan gear untuk pergerakan, melalui ayunan bandul dengan frekuensi getaran yang tepat, supaya gear bertukar beberapa saat, jam yang tepat tidak terkecuali. Oleh itu, untuk mencipta jam yang lebih tepat, perlu menggunakan bandul dengan frekuensi getaran yang lebih tinggi. Jam kuarza (jam dengan ayunan kristal dan bukannya bandul) adalah lebih tepat daripada jam bandul, dan itu kerana resonator kuarza berayun lebih banyak kali sesaat.
Kekerapan ayunan jam atom cesium, yang kini menjadi piawaian masa, adalah kira-kira 9.2 gigahertz (perkataan ketua unit antarabangsa giga, 1 gig=10^9). Jam atom ialah penggunaan atom cesium kekerapan ayunan yang wujud, dengan kekerapan ayunan konsisten dengan gelombang mikro dan bukannya bandul, ketepatannya adalah berpuluh-puluh juta tahun hanya 1 perbezaan saat. Sebaliknya, cahaya boleh dilihat mempunyai frekuensi ayunan 100,000 hingga 1 juta kali lebih tinggi daripada frekuensi ayunan gelombang mikro, iaitu, cahaya boleh dilihat boleh digunakan untuk mencipta jam ketepatan dengan ketepatan sejuta kali lebih tinggi daripada jam atom. Kini jam paling tepat di dunia menggunakan cahaya boleh dilihat telah berjaya dibina di makmal.
Dengan bantuan jam yang tepat ini adalah mungkin untuk mengesahkan teori relativiti Einstein. Kami akan menjadi jam yang tepat di makmal, yang lain di pejabat di tingkat bawah, pertimbangkan keadaan yang mungkin, selepas satu atau dua jam, keputusan seperti yang diramalkan oleh teori relativiti Einstein, kerana kedua-dua lapisan mempunyai "medan graviti" yang berbeza. antara dua jam tidak lagi menunjukkan masa yang sama, jam di tingkat bawah daripada jam di tingkat atas Jam di tingkat bawah bergerak lebih perlahan daripada jam di tingkat atas. Dengan jam yang lebih tepat, mungkin juga jam tangan di pergelangan tangan dan buku lali tidak akan mempunyai masa yang sama pada hari itu. Kita hanya boleh mengalami daya tarikan relativiti dengan bantuan jam yang tepat.
Teknologi memperlahankan cahaya
Pada tahun 1999, Profesor Rainer Howe dari Universiti Hubbart di Amerika Syarikat berjaya memperlahankan cahaya kepada 17 meter sesaat, kelajuan yang boleh dikejar oleh kereta, dan kemudian ke kelajuan yang boleh dikejar oleh basikal sekalipun. Eksperimen ini melibatkan penyelidikan di barisan hadapan fizik, dan dalam kertas ini hanya dua kunci kejayaan eksperimen dibentangkan. Satu ialah pembinaan "awan" atom natrium pada suhu yang sangat rendah menghampiri sifar mutlak (-273.15 darjah ), keadaan gas khas yang dikenali sebagai kondensat Bose-Einstein. Yang satu lagi ialah laser (laser kawalan) yang mengawal kekerapan getaran dan menyinari awan atom natrium dengannya, dengan keputusan sesuatu yang luar biasa berlaku.
Pertama sekali, dengan bantuan laser kawalan, cahaya berdenyut dimampatkan dalam awan atom dan diperlahankan ke kelajuan yang melampau. Kemudian laser kawalan bersinar semula, dan cahaya berdenyut dipulihkan dan keluar dari awan atom. Denyutan yang dimampatkan kemudian dilebarkan semula dan kelajuan dipulihkan. Keseluruhan proses memasukkan maklumat cahaya berdenyut ke dalam awan atom adalah serupa dengan membaca, menyimpan dan menetapkan semula dalam komputer, jadi teknik ini berguna untuk pelaksanaan komputer kuantum.
Daripada dunia "femtosecond" kepada "attosecond".
Femtosaat sudah di luar imaginasi kita. Sekarang kita menceburi dunia "attosecond" yang lebih pendek daripada femtosecond. A ialah singkatan perkataan International System of Units (SI) atto. 1 attosaat=1 x 10^-18 saat=1 seperseribu femtosaat. Nadi attosaat tidak boleh dibuat dengan cahaya yang boleh dilihat kerana denyutan yang lebih pendek mesti dibuat dengan panjang gelombang cahaya yang lebih pendek. Sebagai contoh, jika anda ingin mencipta nadi dengan cahaya kelihatan merah, tidak mungkin untuk mencipta nadi dengan panjang gelombang yang lebih pendek daripada itu. Cahaya yang boleh dilihat ialah had kira-kira 2 femtosaat, dan atas sebab ini denyutan attosaat dibuat dengan panjang gelombang sinar-x atau sinar gamma yang lebih pendek. Tidak jelas apa yang boleh ditemui pada masa hadapan menggunakan nadi x-ray attosecond. Contohnya, dengan menggunakan denyar attosaat untuk menggambarkan biomolekul, adalah mungkin untuk memerhatikan aktivitinya pada skala masa yang sangat singkat dan mungkin mengenal pasti struktur biomolekul.