Sursa articolului: Observarea industriei laser compilate de pe Internet Un laser femtosecund este un dispozitiv de generare a pulsului „ultra-scurt”, care emite lumină pentru un timp ultra-scurt de doar aproximativ un trilion. FEI este prescurtarea prefixului femto în sistemul internațional de unități și 1 femtosecond = 1 × 10^-15 secunde. Așa-numita lumină de puls emite lumină doar pentru o clipă. Timpul de emisie de lumină a blițului unei camere este de aproximativ 1 microsecundă, astfel încât lumina de impuls ultra-scurtă femtosecundă are doar aproximativ un miliard din timpul său pentru a emite lumină. După cum știm cu toții, viteza luminii zboară cu o viteză inegalabilă de 300.000 de kilometri pe secundă (înconjurând Pământul de șapte ori și jumătate într -o secundă). Cu toate acestea, într -o femtosecundă, lumina avansează doar 0,3 microni.
De obicei, folosim fotografie flash pentru a capta starea instantanee a obiectelor în mișcare. În mod similar, dacă utilizați un laser femtosecund pentru a clipi, este posibil să vedeți fiecare fragment dintr -o reacție chimică care apare la o viteză violentă. Pentru a face acest lucru, laserele femtosecunde pot fi utilizate pentru a studia misterele reacțiilor chimice.
Reacțiile chimice generale se desfășoară după trecerea printr-o stare intermediară cu energie ridicată, așa-numita „stare activată”. Existența stării activate a fost prevăzută teoretic de chimistul Arrhenius încă din 1889, dar pentru că a existat pentru un moment foarte scurt, nu a putut fi observată direct. Dar existența sa a fost demonstrată direct la sfârșitul anilor '80 de laserele femtosecunde, un exemplu de utilizare a laserelor femtosecunde pentru a identifica reacțiile chimice. De exemplu, molecula de ciclopentanonă se descompune în monoxid de carbon și 2 molecule de etilenă în stare activată.
În zilele noastre, laserele femtosecunde sunt, de asemenea, utilizate într -o gamă largă de domenii precum fizică, chimie, științe ale vieții, medicină și inginerie. În special, combinația de lumină și electronică este de așteptat să deschidă diverse posibilități noi în domeniile comunicațiilor, computerelor și energiei. Acest lucru se datorează faptului că intensitatea luminii poate transmite cantități mari de informații dintr -un loc în altul, fără a pierde aproape nicio pierdere, ceea ce face ca comunicațiile optice să fie și mai rapide. În domeniul fizicii nucleare, laserele femtosecunde au avut un impact imens. Deoarece lumina pulsată are un câmp electric foarte puternic, este posibil să se accelereze electronii pentru a se apropia de viteza luminii în 1 femtosecundă, astfel încât poate fi utilizat ca „accelerator” pentru a accelera electronii.
Aplicare în medicină Așa cum am menționat mai sus, în lume în cadrul femtosecundelor, chiar și lumina este înghețată și nu se poate mișca foarte departe, dar chiar și pe această scară de timp, atomii și moleculele în materie și electronii din interiorul jetoanelor de computer se mișcă în continuare în circuit. Dacă utilizați un impuls femtosecund, îl puteți opri instantaneu și studia ce se întâmplă. În plus față de intermitent pentru a opri timpul, laserele femtosecunde pot, de asemenea, să găurească microhole în metal cu un diametru de până la 200 de nanometri (două zece mii de milimetri). Acest lucru înseamnă că lumina pulsului ultra-scurt care este comprimată și blocată în interior într-o perioadă scurtă de timp obține un efect uimitor al producției ultra-înalte, fără a provoca daune suplimentare în împrejurimi. Mai mult, lumina pulsată a laserelor femtosecunde poate capta imagini tridimensionale ale obiectelor în detalii extrem de fine. Fotografia de imagine stereoscopică este foarte utilă în diagnosticul medical, deschizând astfel un nou domeniu de cercetare numit tomografie de interferență optică. Aceasta este o imagine tridimensională a țesutului viu și a celulelor vii capturate folosind un laser femtosecund. De exemplu, un puls foarte scurt de lumină este îndreptat către piele. Lumina pulsului este reflectată pe suprafața pielii, iar o parte din lumina pulsului este emisă în piele. Interiorul pielii este compus din mai multe straturi. Lumina pulsului care intră în piele este respinsă ca o mică lumină de puls. Din ecourile acestor diferite lumini de puls în lumina reflectată, structura internă a pielii poate fi cunoscută.
În plus, această tehnologie are o mare practic în medicina oftalmică, capabilă să capteze imagini tridimensionale ale retinei adânci în ochi. Acest lucru permite medicilor să diagnostice probleme cu țesuturile lor. Acest tip de examinare nu se limitează la ochi. Dacă un laser este trimis în corp folosind fibre optice, acesta poate examina toate țesuturile diferitelor organe din corp. În viitor, poate fi chiar posibil să se detecteze dacă s -a transformat în cancer.
Realizarea ceasurilor ultra-precise Oamenii de știință consideră că, dacă lumina vizibilă este folosită pentru a face un ceas laser femtosecund, va putea măsura timpul mai precis decât un ceas atomic și va servi drept cel mai precis ceas din lume în următorii ani. Dacă ceasul este exact, îmbunătățește foarte mult exactitatea GPS -ului (Sistemul de poziționare globală) utilizat pentru navigarea auto.
De ce lumina vizibilă poate face un ceas precis? Toate ceasurile și ceasurile sunt indispensabile pentru mișcarea pendulelor și a angrenajelor. Prin balansarea unui pendul cu o frecvență precisă de vibrație, angrenajele se rotesc timp de câteva secunde, iar ceasurile precise nu fac excepție. Prin urmare, pentru a face un ceas mai precis, este necesar să se utilizeze un pendul cu o frecvență de vibrație mai mare. Ceasurile de cuarț (ceasurile care folosesc oscilația de cristal în locul unui pendul) sunt mai precise decât ceasurile de pendul, deoarece rezonatorul de cuarț oscilează de mai multe ori pe secundă.
Ceasul atomic de cesiu utilizat în prezent ca standard de timp are o frecvență de oscilație de aproximativ 9,2 Gigahertz (prefixul unității internaționale din Gigahertz, 1 Gigahertz = 10^9). Ceasul atomic folosește frecvența naturală de oscilație a atomilor de cesiu și înlocuiește pendulul cu microunde a căror frecvență de oscilație este consistentă. Precizia sa este doar o secundă în zeci de milioane de ani. În schimb, lumina vizibilă are o frecvență de oscilație care este de 100.000 până la 1.000.000 de ori mai mare decât frecvența de oscilație cu microunde. Adică, energia ușoară vizibilă poate fi utilizată pentru a crea ceasuri de precizie care sunt de milioane de ori mai precise decât ceasurile atomice. Cel mai precis ceas din lume care folosește lumina vizibilă a fost acum construit cu succes într -un laborator.
Teoria relativității lui Einstein poate fi verificată cu ajutorul acestui ceas precis. Am plasat un ceas atât de precis în laborator, iar celălalt în biroul de la parter și am considerat situații posibile. După una sau două ore, rezultatul a fost așa cum a fost prevăzut de teoria relativității lui Einstein. Datorită celor două, există „câmpuri gravitaționale” diferite între podele, astfel încât cele două ceasuri nu mai indică în același timp, iar ceasul de la parter rulează mai lent decât ceasul de la etaj. Dacă s -ar folosi un ceas mai precis, poate chiar și ceasurile purtate la încheietura mâinii și glezna ar spune diferite momente în acea zi. Putem pur și simplu să experimentăm farmecul relativității cu ajutorul unor ceasuri precise.
Tehnologia de încetinire a vitezei ușoare În 1999, profesorul Rainer Howe de la Universitatea Hubbard din Statele Unite a încetinit cu succes lumina până la 17 metri pe secundă, o viteză cu care mașinile îl pot prinde și apoi a încetinit cu succes lumina până la o viteză cu care chiar și bicicletele pot fi la curent. Acest experiment implică cea mai mare cercetare în fizică. Acest articol introduce doar două chei ale succesului experimentului. Unul este de a construi un „nor” de atomi de sodiu la temperaturi extrem de scăzute, aproape de zero absolut (-273,15 ° C), o stare specială de gaz numită condensat Bose-Einstein. Celălalt este un laser care ajustează frecvența de vibrație (laser de control) și îl folosește pentru a ilumina un nor de atomi de sodiu și se întâmplă ceva incredibil.
Oamenii de știință folosesc mai întâi un laser de control pentru a comprima lumina pulsului în norul de atomi și pentru a -l încetini extrem de mult. Apoi opresc laserul de control și lumina pulsului dispare. Informațiile purtate pe lumina pulsului sunt stocate în norul de atomi. . Apoi este iradiat cu un laser controlat, iar lumina pulsului este restabilită și iese din norul de atomi. Drept urmare, pulsul comprimat inițial este lărgit din nou și viteza este restabilită. Întregul proces de introducere a informațiilor cu lumină pulsată în norul atomic este foarte asemănător cu citirea, stocarea și resetarea într -un computer. Prin urmare, această tehnologie poate ajuta la realizarea realizării computerelor cuantice.
De la lumea „femtosecundă” la „atosecundă” Femtosecundele sunt dincolo de imaginația noastră. Acum ne aventurăm în lumea atosecundelor, care sunt mai scurte decât femtosecunde. AH este prescurtarea prefixului „ATTO” al sistemului internațional de unități. 1 ATOSECOND = 1 × 10^-18 secunde = o mie de mii dintr-o femtosecundă. Impulsurile de atosecundă nu pot fi făcute cu lumină vizibilă, deoarece scurtarea impulsurilor necesită utilizarea unei lumini de lungime de undă mai scurtă. De exemplu, dacă doriți să creați un puls folosind lumină vizibilă roșie, este imposibil să creați un puls mai scurt decât lungimea de undă. Lumina vizibilă are o limită de aproximativ 2 femtosecunde, astfel încât impulsurile de atrosecundă folosesc raze X sau raze gamma cu lungimi de undă mai scurte. Nu este clar ce va fi descoperit în viitor folosind impulsuri cu raze X Attosecund. De exemplu, utilizarea sclipirilor ATOSECOND pentru a vizualiza biomoleculele ne permite să le observăm activitățile pe o scară de timp foarte scurtă și poate identifica structura biomoleculelor.
