منبع مقاله: مشاهده صنعت لیزر از اینترنت گردآوری شده است یک لیزر Femtosecond یک دستگاه تولید کننده "نور پالس فوق العاده کوتاه" است که نور را برای زمان فوق العاده کوتاه فقط در حدود یک تریلیونمین ثانیه ساطع می کند. FEI مخفف پیشوند FEMTO در سیستم بین المللی واحدها و 1 femtosecond = 1 × 10^-15 ثانیه است. به اصطلاح نور پالس فقط برای یک لحظه نور را منتشر می کند. زمان انتشار نور فلاش دوربین در حدود 1 میکرو ثانیه است ، بنابراین چراغ پالس فوق العاده کوتاه Femtosecond فقط حدود یک میلیاردمین زمان از زمان خود برای انتشار نور دارد. همانطور که همه ما می دانیم ، سرعت نور با سرعت بی نظیر 300000 کیلومتر در ثانیه پرواز می کند (در یک ثانیه هفت و نیم بار زمین را چرخانده است). با این حال ، در یک femtosecond ، نور فقط 0.3 میکرون پیشرفت می کند.
معمولاً از عکاسی فلش برای گرفتن حالت فوری اشیاء در حال حرکت استفاده می کنیم. به همین ترتیب ، اگر از لیزر femtosecond برای فلش استفاده می کنید ، می توان هر قطعه از یک واکنش شیمیایی را که با سرعت خشونت آمیز رخ می دهد ، ببینید. برای انجام این کار ، از لیزرهای Femtosecond می توان برای مطالعه اسرار واکنشهای شیمیایی استفاده کرد.
واکنشهای شیمیایی عمومی پس از عبور از یک حالت میانی با انرژی بالا ، به اصطلاح "حالت فعال شده" ادامه می یابد. وجود حالت فعال شده از نظر تئوری توسط شیمیدان آرنیوس در اوایل سال 1889 پیش بینی شده بود ، اما از آنجا که برای یک لحظه بسیار کوتاه وجود داشت ، نمی توان مستقیماً مشاهده کرد. اما وجود آن به طور مستقیم در اواخر دهه 1980 توسط لیزرهای Femtosecond نشان داده شد ، نمونه ای از استفاده از لیزرهای Femtosecond برای مشخص کردن واکنش های شیمیایی. به عنوان مثال ، مولکول سیکلوپنتانون به مونوکسید کربن و 2 مولکول اتیلن در حالت فعال تجزیه می شود.
امروزه از لیزرهای فموتوس ثانیه نیز در طیف گسترده ای از زمینه ها مانند فیزیک ، شیمی ، علوم زندگی ، پزشکی و مهندسی استفاده می شود. به طور خاص ، انتظار می رود ترکیبی از نور و الکترونیک امکانات جدید مختلفی را در زمینه های ارتباطات ، رایانه ها و انرژی باز کند. این امر به این دلیل است که شدت نور می تواند مقادیر زیادی از اطلاعات را از یک مکان به مکان به مکان دیگر منتقل کند و تقریباً بدون ضرر باشد و ارتباطات نوری را سریعتر می کند. در زمینه فیزیک هسته ای ، لیزرهای Femtosecond تأثیر زیادی گذاشته اند. از آنجا که نور پالس دارای میدان الکتریکی بسیار قوی است ، می توان الکترون ها را به سرعت نزدیک به سرعت نور در 1 فموتوس ثانیه نزدیک کرد ، بنابراین می توان از آن به عنوان "شتاب دهنده" برای تسریع در الکترون استفاده کرد.
کاربرد در پزشکی همانطور که در بالا ذکر شد ، در جهان در داخل فموتوس ثانیه ، حتی نور یخ زده است و نمی تواند خیلی دور شود ، اما حتی در این مقیاس زمانی ، اتمها و مولکول ها در ماده و الکترون های داخل تراشه های رایانه ای هنوز در داخل مدار حرکت می کنند. اگر از پالس femtosecond استفاده می کنید می توانید فوراً آن را متوقف کرده و آنچه را که اتفاق می افتد مطالعه کنید. علاوه بر چشمک زدن برای متوقف کردن زمان ، لیزرهای Femtosecond همچنین می توانند میکرو سوراخ ها را در فلز با قطر کوچک به اندازه 200 نانومتر (دو ده هزارم میلی متر) حفاری کنند. این بدان معنی است که نور پالس فوق العاده کوتاه که در مدت زمان کوتاهی فشرده شده و در داخل قفل شده است ، بدون ایجاد آسیب های اضافی به محیط اطراف ، به یک اثر شگفت انگیز از خروجی فوق العاده بالا می رسد. علاوه بر این ، نور پالس لیزرهای femtosecond می تواند تصاویر سه بعدی از اشیاء را با جزئیات بسیار خوب ضبط کند. عکاسی تصویر استریوسکوپی در تشخیص پزشکی بسیار مفید است ، بنابراین یک زمینه تحقیقاتی جدید به نام توموگرافی تداخل نوری را باز می کند. این یک تصویر سه بعدی از بافت زنده و سلولهای زنده است که با استفاده از لیزر Femtosecond ضبط می شوند. به عنوان مثال ، یک پالس بسیار کوتاه از نور به پوست هدایت می شود. نور پالس بر روی سطح پوست منعکس می شود و بخشی از نور پالس به پوست ساطع می شود. قسمت داخلی پوست از بسیاری از لایه ها تشکیل شده است. نور پالس که وارد پوست می شود ، به عنوان یک نور پالس کوچک به عقب باز می گردد. از مداحی های این چراغ های مختلف پالس در نور منعکس شده ، ساختار داخلی پوست را می توان شناخت.
علاوه بر این ، این فناوری در داروهای چشمی از کاربردی بسیار خوبی برخوردار است و قادر به گرفتن تصاویر سه بعدی شبکیه در اعماق چشم است. این به پزشکان اجازه می دهد مشکلات مربوط به بافت خود را تشخیص دهند. این نوع معاینه محدود به چشم نیست. اگر لیزر با استفاده از فیبر نوری به بدن فرستاده شود ، می تواند تمام بافت های اندام های مختلف بدن را بررسی کند. در آینده ، حتی ممکن است تشخیص دهد که آیا این بیماری به سرطان تبدیل شده است.
تحقق ساعتهای بسیار دقیق دانشمندان بر این باورند که اگر از نور مرئی برای تهیه یک ساعت لیزر femtosecond استفاده شود ، می تواند زمان دقیق تر از یک ساعت اتمی را اندازه گیری کند و به عنوان دقیق ترین ساعت جهان در چند سال آینده خدمت می کند. اگر ساعت دقیق باشد ، همچنین دقت GPS (سیستم موقعیت یابی جهانی) مورد استفاده برای ناوبری اتومبیل را تا حد زیادی بهبود می بخشد.
چرا نور قابل مشاهده می تواند یک ساعت دقیق ایجاد کند؟ تمام ساعتها و ساعتها برای حرکت آونگ ها و چرخ دنده ها ضروری است. از طریق نوسان یک آونگ با فرکانس لرزش دقیق ، چرخ دنده ها برای ثانیه می چرخند و ساعتهای دقیق نیز از این قاعده مستثنی نیستند. بنابراین ، برای درست کردن یک ساعت دقیق تر ، لازم است از یک آونگ با فرکانس لرزش بالاتر استفاده شود. ساعتهای کوارتز (ساعتهایی که به جای آونگ از نوسانات کریستالی استفاده می کنند) دقیق تر از ساعتهای آونگ هستند زیرا طنین انداز کوارتز بارها در ثانیه نوسان می کند.
ساعت اتمی سزیم که در حال حاضر به عنوان استاندارد زمان استفاده می شود ، دارای فرکانس نوسان در حدود 9.2 Gigahertz (پیشوند واحد بین المللی Gigahertz ، 1 Gigahertz = 10^9) است. ساعت اتمی از فرکانس نوسان طبیعی اتم های سزیم استفاده می کند و آونگ را با مایکروویوهایی جایگزین می کند که فرکانس نوسان آنها سازگار است. صحت آن تنها یک ثانیه در ده ها میلیون سال است. در مقابل ، نور مرئی دارای فرکانس نوسان است که 100000 تا 1،000،000 برابر بیشتر از فرکانس نوسان مایکروویو است. یعنی می توان از انرژی نور مرئی برای ایجاد ساعتهای دقیق استفاده کرد که میلیون ها بار دقیق تر از ساعتهای اتمی هستند. دقیق ترین ساعت جهان که از نور مرئی استفاده می کند ، اکنون با موفقیت در آزمایشگاه ساخته شده است.
نظریه نسبیت انیشتین را می توان با کمک این ساعت دقیق تأیید کرد. ما یک ساعت دقیق را در آزمایشگاه و دیگری در طبقه پایین قرار دادیم و موقعیت های احتمالی را در نظر گرفتیم. پس از یک یا دو ساعت ، نتیجه همانطور که توسط تئوری نسبیت انیشتین پیش بینی شده بود. با توجه به این دو "زمینه های گرانشی" متفاوتی بین کف وجود دارد ، بنابراین دو ساعت دیگر به همان زمان اشاره نمی کنند و ساعت طبقه پایین کندتر از ساعت در طبقه بالا است. اگر از یک ساعت دقیق تر استفاده می شد ، شاید حتی ساعتهای پوشیده از مچ دست و مچ پا آن روز زمان های مختلفی را بیان کنند. ما به سادگی می توانیم جذابیت نسبیت را با کمک ساعتهای دقیق تجربه کنیم.
سرعت کم سرعت فناوری در سال 1999 ، پروفسور راینر هاو از دانشگاه هوبارد در ایالات متحده با موفقیت نور را به 17 متر در ثانیه کاهش داد ، سرعتی که اتومبیل ها می توانند با آن روبرو شوند و سپس با موفقیت نور را به سرعت کاهش می دهند که حتی دوچرخه ها نیز می توانند از آن استفاده کنند. این آزمایش شامل بیشترین تحقیق در زمینه فیزیک است. این مقاله فقط دو کلید موفقیت آزمایش را معرفی می کند. یکی ساخت یک "ابر" اتم های سدیم با درجه حرارت بسیار کم نزدیک به صفر مطلق (-273.15 درجه سانتیگراد) ، یک حالت گاز مخصوص به نام میعانات بوز-انیشتین است. مورد دیگر لیزری است که فرکانس لرزش (لیزر کنترل) را تنظیم می کند و از آن برای روشنایی ابر اتم های سدیم استفاده می کند و اتفاق باورنکردنی رخ می دهد.
دانشمندان ابتدا از لیزر کنترل برای فشرده سازی نور پالس در ابر اتمها استفاده می کنند و آن را به شدت کاهش می دهند. سپس لیزر کنترل را خاموش می کنند و نور پالس از بین می رود. اطلاعات حمل شده بر روی نور پالس در ابر اتمها ذخیره می شود. بشر سپس با یک لیزر کنترل شده تابش می شود و نور پالس ترمیم می شود و از ابر اتمها خارج می شود. در نتیجه ، پالس فشرده شده در ابتدا دوباره گسترش می یابد و سرعت ترمیم می شود. کل فرآیند ورود اطلاعات نور پالس به ابر اتمی بسیار شبیه به خواندن ، ذخیره و تنظیم مجدد در یک رایانه است. بنابراین ، این فناوری می تواند به تحقق تحقق رایانه های کوانتومی کمک کند.
از دنیای "femtosecond" تا "attosecond" femtoseconds فراتر از تصور ما است. اکنون ما در حال ورود به دنیای Attoseconds هستیم که کوتاه تر از فموتوس ثانیه هستند. آه ، مخفف پیشوند "ATTO" سیستم بین المللی واحدها است. 1 attosecond = 1 × 10^-18 ثانیه = یک هزارم از یک femtosecond. پالس های Attosecond را نمی توان با نور مرئی ایجاد کرد زیرا کوتاه کردن پالس ها نیاز به استفاده از نور طول موج کوتاه تر دارد. به عنوان مثال ، اگر می خواهید با استفاده از نور قابل مشاهده قرمز پالس ایجاد کنید ، ایجاد پالس کوتاهتر از طول موج غیرممکن است. نور مرئی حدود 2 femtoseconds محدودیت دارد ، بنابراین پالس های آتوس ثانیه از اشعه ایکس یا پرتوهای گاما با طول موج کوتاه تر استفاده می کنند. هنوز مشخص نیست که در آینده با استفاده از پالس های اشعه ایکس آتوسیکوند کشف خواهد شد. به عنوان مثال ، استفاده از چشمک های Attosecond برای تجسم زیست مولکول ها به ما امکان می دهد فعالیت های آنها را در مقیاس زمانی بسیار کوتاه مشاهده کنیم و شاید ساختار زیست مولکولها را شناسایی کنیم.
