Фемтосекундански ласер

A фемтосекунди ласере уред за генерирање на „ултракратка пулсна светлина“ што емитува светлина само за ултракратко време од околу една гигасекунда. Феи е кратенката на Фемто, префиксот на Меѓународниот систем на единици и 1 фемтосекунда = 1×10^-15 секунди. Таканаречената импулсна светлина емитира светлина само за миг. Времето на емитување светлина на блицот на камерата е околу 1 микросекунда, така што ултракратката пулсна светлина од фемтосекунда емитува светлина само околу една милијарда дел од своето време. Како што сите знаеме, брзината на светлината е 300.000 километри во секунда (7 и пол кругови околу земјата за 1 секунда) со неспоредлива брзина, но за 1 фемтосекунда дури и светлината напредува само за 0,3 микрони.

Честопати, со фотографирање со блиц, можеме да ја отсечеме моменталната состојба на објектот што се движи. Слично на тоа, ако блесна фемтосекундарен ласер, можно е да се види секој фрагмент од хемиската реакција дури и кога се одвива со насилна брзина. За таа цел, фемтосекундните ласери може да се користат за проучување на мистеријата на хемиските реакции.
Општите хемиски реакции се изведуваат по минување низ средна состојба со висока енергија, таканаречена „активирана состојба“. Постоењето на активирана состојба теоретски го предвидел хемичарот Арениус уште во 1889 година, но не може директно да се набљудува бидејќи постои многу кратко време. Но, неговото постоење беше директно докажано со фемтосекундни ласери во доцните 1980-ти, пример за тоа како хемиските реакции може да се посочат со фемтосекунда ласери. На пример, молекулата на циклопентанон се разложува на јаглерод моноксид и 2 молекули на етилен со активираната состојба.
Фемтосекундните ласери сега се користат и во широк опсег на области како што се физиката, хемијата, животните науки, медицината и инженерството, особено во светлината и електрониката. Тоа е затоа што интензитетот на светлината може да пренесе голема количина на информации од едно место до друго без речиси никакви загуби, што дополнително ја забрзува оптичката комуникација. На полето на нуклеарната физика, фемтосекундните ласери донесоа огромно влијание. Бидејќи импулсната светлина има многу силно електрично поле, можно е да се забрзаат електроните до брзината на светлината во рок од 1 фемтосекунда, така што може да се користи како „забрзувач“ за забрзување на електроните.

Примена во медицината
Како што споменавме погоре, во светот на фемтосекундата дури и светлината е замрзната така што не може да патува многу далеку, но дури и во овој временски размер, атомите, молекулите во материјата и електроните во компјутерските чипови сè уште се движат во кола. Ако фемтосекундниот пулс може да се искористи за да се запре моментално, проучете што се случува. Покрај времето за запирање на трепкање, фемтосекундните ласери можат да дупчат мали дупки во метал со дијаметар од 200 нанометри (2/10.000-ти дел од милиметарот). Ова значи дека ултра-кратката импулсна светлина која се компресира и заклучува внатре за краток временски период постигнува неверојатен ефект на ултра висок излез и не предизвикува дополнително оштетување на околината. Понатаму, импулсната светлина на фемтосекундниот ласер може да прави исклучително фини стереоскопски слики на предмети. Стереоскопското снимање е многу корисно во медицинската дијагноза, со што се отвора ново поле на истражување наречено оптичка интерферентна томографија. Ова е стереоскопска слика на живо ткиво и живи клетки земени со фемтосекунди ласер. На пример, многу краток пулс на светлина е насочен кон кожата, пулсираната светлина се рефлектира од површината на кожата, а дел од пулсираната светлина се инјектира во кожата. Внатрешноста на кожата е составена од многу слоеви, а пулсираната светлина што влегува во кожата се одбива назад како мала импулсна светлина, а внатрешната структура на кожата може да се знае од ехото на овие разновидни импулсни светлина во рефлектираната светлина.
Покрај тоа, оваа технологија има голема корист во офталмологијата, способна да прави стереоскопски слики на мрежницата длабоко во окото. Ова им овозможува на лекарите да дијагностицираат дали има проблем со нивното ткиво. Овој тип на преглед не е ограничен само на очите. Ако ласерот се испрати во телото со оптичко влакно, можно е да се испитаат сите ткива на различни органи во телото, па дури и може да се провери дали тој станал рак во иднина.

Имплементирање на ултра-прецизен часовник
Научниците веруваат дека ако Афемтосекунди ласерчасовникот е направен со помош на видлива светлина, ќе може да го мери времето попрецизно од атомските часовници и ќе биде најпрецизниот часовник во светот во годините што доаѓаат. Ако часовникот е точен, тогаш прецизноста на ГПС (Систем за глобално позиционирање) што се користи за навигација со автомобил е исто така значително подобрена.
Зошто видливата светлина може да направи прецизен часовник? Сите часовници и часовници се неразделни од движењето на нишалото и запчаникот, а преку осцилацијата на нишалото со прецизна фреквенција на вибрации, запчаникот се ротира за секунди, а точниот часовник не е исклучок. Затоа, за да се направи попрецизен часовник, потребно е да се користи нишало со поголема фреквенција на вибрации. Кварцните часовници (часовници кои осцилираат со кристали наместо со нишало) се попрецизни од часовниците со нишало бидејќи кварцниот резонатор осцилира повеќе пати во секунда.
Атомскиот часовник на цезиум, кој сега е временски стандард, осцилира со фреквенција од околу 9,2 гигахерци (префиксот на меѓународната единица гига, 1 гига = 10^9). Атомскиот часовник ја користи природната фреквенција на осцилации на атомите на цезиум за да го замени нишалото со микробранови со иста фреквенција на осцилација, а неговата точност е само 1 секунда во десетици милиони години. Спротивно на тоа, видливата светлина има фреквенција на осцилации од 100.000 до 1.000.000 пати поголема од онаа на микробрановите, односно користи видливата светлосна енергија за да се создаде прецизен часовник кој е милиони пати попрецизен од атомските часовници. Најпрецизниот часовник на светот кој користи видлива светлина сега е успешно изграден во лабораторија.
Со помош на овој прецизен часовник може да се потврди Ајнштајновата теорија на релативност. Еден од овие прецизни часовници го ставивме во лабораторија, а другиот во канцеларијата на долниот кат, со оглед на тоа што може да се случи, по еден час или два, резултатот беше како што беше предвидено со теоријата на релативност на Ајнштајн, поради двете Постојат различни „гравитациски полиња „Помеѓу катовите, двата часовници повеќе не покажуваат исто време, а часовникот долу работи побавно од оној горе. Со попрецизен часовник, можеби дури и времето на рачниот зглоб и глуждот би било различно тој ден. Едноставно можеме да ја доживееме магијата на релативноста со помош на точни часовници.

Технологија за забавување на брзината на светлината
Проф. Овој експеримент вклучува најсовремени истражувања во физиката, а овој напис воведува само два клуча за успехот на експериментот. Една од нив е да се изгради „облак“ од атоми на натриум на екстремно ниска температура блиску до апсолутна нула (-273,15°C), специјална гасна состојба наречена Бозе-Ајнштајн кондензат. Другиот е ласер кој ја модулира вибрациската фреквенција (ласерот за контрола) и со него зрачи облак од атоми на натриум и како резултат на тоа се случуваат неверојатни работи.
Научниците прво го користат контролниот ласер за да ја компресираат импулсната светлина во облакот од атоми, а брзината е екстремно намалена. Во тоа време, контролниот ласер е исклучен, импулсната светлина исчезнува, а информациите што се носат на импулсната светлина се складираат во облакот од атоми. . Потоа се озрачува со контролен ласер, се враќа импулсната светлина и излегува од облакот од атоми. Така, првично компримираниот пулс повторно се протега и брзината се враќа. Целиот процес на внесување информации за импулсна светлина во атомски облак е сличен на читање, складирање и ресетирање во компјутер, така што оваа технологија е корисна за реализација на квантните компјутери.

Светот од „фемтосекунда“ до „аттосекунда“
Фемтосекундисе надвор од нашата фантазија. Сега се вративме во светот на аттосекунди, кои се пократки од фемтосекунди. A е кратенка за префиксот SI atto. 1 аттосекунда = 1 × 10^-18 секунди = илјадити дел од фемтосекунда. Атосекундните импулси не можат да се направат со видлива светлина бидејќи мора да се користат пократки бранови должини на светлина за да се скрати пулсот. На пример, во случај на правење импулси со црвена видлива светлина, невозможно е да се направат импулси пократки од таа бранова должина. Видливата светлина има граница од околу 2 фемтосекунди, за кои аттосекундните импулси користат рендгенски зраци или гама зраци со пократка бранова должина. Што ќе се открие во иднина со користење на аттосекунда пулсирања на Х-зраци е нејасно. На пример, употребата на аттосекунди блесоци за визуелизација на биомолекулите ни овозможува да ја набљудуваме нивната активност на екстремно кратки временски размери и можеби точно да ја лоцираме структурата на биомолекулите.