Bron van artikel: observatie van de laserindustrie samengesteld op internet Een femtoseconde laser is een "ultra-kort pulslicht" genererend apparaat dat licht uitzendt voor een ultra-kort tijd van slechts ongeveer een triljoenste van een seconde. Fei is de afkorting van het voorvoegsel FEMTO in het internationale systeem van eenheden, en 1 femtosecond = 1 × 10^-15 seconden. Het zogenaamde pulslicht stoot slechts even licht uit. De lichtemissietijd van de flitser van een camera is ongeveer 1 microseconde, dus het femtoseconde ultra-kort pulslicht heeft slechts ongeveer een miljardste tijd om licht uit te zenden. Zoals we allemaal weten, vliegt de snelheid van het licht met een ongeëvenaarde snelheid van 300.000 kilometer per seconde (om de aarde zeven en een half keer in één seconde te cirkelen). In één femtoseconde gaat het licht echter slechts 0,3 micron op.
Meestal gebruiken we flash -fotografie om de onmiddellijke toestand van bewegende objecten vast te leggen. Evenzo, als u een femtoseconde laser gebruikt om te flitsen, is het mogelijk om elk fragment van een chemische reactie te zien die op een gewelddadige snelheid optreedt. Om dit te doen, kunnen femtoseconde lasers worden gebruikt om de mysteries van chemische reacties te bestuderen.
Algemene chemische reacties gaan verder na het passeren van een tussenliggende toestand met hoge energie, de zogenaamde "geactiveerde toestand". Het bestaan van de geactiveerde toestand werd theoretisch voorspeld door de chemicus Arrhenius al in 1889, maar omdat het een zeer kort moment bestond, kon het niet direct worden waargenomen. Maar het bestaan ervan werd rechtstreeks aangetoond in de late jaren 1980 door femtoseconde lasers, een voorbeeld van het gebruik van femtoseconde lasers om chemische reacties te bepalen. Het cyclopentanonmolecuul ontleedt bijvoorbeeld in koolmonoxide en 2 ethyleenmoleculen in de geactiveerde toestand.
Tegenwoordig worden femtoseconde lasers ook gebruikt in een breed scala aan gebieden zoals natuurkunde, chemie, levenswetenschappen, geneeskunde en engineering. In het bijzonder wordt verwacht dat de combinatie van licht en elektronica verschillende nieuwe mogelijkheden op het gebied van communicatie, computers en energie zal openen. Dit komt omdat de intensiteit van het licht grote hoeveelheden informatie van de ene plaats naar de andere kan overbrengen met bijna geen verlies, waardoor optische communicatie nog sneller wordt. Op het gebied van nucleaire fysica hebben femtoseconde lasers een enorme impact gehad. Omdat gepulseerd licht een zeer sterk elektrisch veld heeft, is het mogelijk om elektronen te versnellen tot dicht bij de snelheid van het licht binnen 1 femtoseconde, zodat het kan worden gebruikt als een "versneller" om elektronen te versnellen.
Toepassing in de geneeskunde Zoals hierboven vermeld, is in de wereld binnen femtoseconden zelfs licht bevroren en kan niet ver gaan, maar zelfs op deze tijdschaal bewegen atomen en moleculen in materie en elektronen in computerchips nog steeds in het circuit. Als u een femtoseconde -puls gebruikt, kunt u deze onmiddellijk stoppen en bestuderen wat er gebeurt. Naast het flitsen om de tijd te stoppen, kunnen femtoseconde lasers ook microholels boren in metaal met een diameter zo klein als 200 nanometers (twee tienduizendste van een millimeter). Dit betekent dat het ultrakorte pulslicht dat binnen een korte tijd in een korte tijd wordt gecomprimeerd en vergrendeld, een verbazingwekkend effect van ultrahoge output bereikt zonder extra schade aan de omgeving te veroorzaken. Bovendien kan het gepulseerde licht van femtoseconde lasers driedimensionale beelden van objecten vastleggen in extreem fijne details. Stereoscopische beeldfotografie is zeer nuttig bij de medische diagnose, waardoor een nieuw onderzoeksveld wordt geopend genaamd optische interferentietomografie. Dit is een driedimensionaal beeld van levend weefsel en levende cellen die zijn vastgelegd met behulp van een femtoseconde laser. Een zeer korte lichtspuls wordt bijvoorbeeld op de huid gericht. Het pulslicht wordt gereflecteerd op het oppervlak van de huid en een deel van het pulslicht wordt in de huid uitgestoten. De binnenkant van de huid bestaat uit vele lagen. Het pulslicht dat de huid binnenkomt, wordt teruggekaatst als een klein pulslicht. Van de echo's van deze verschillende pulslichten in het gereflecteerde licht, kan de interne structuur van de huid bekend zijn.
Bovendien heeft deze technologie een grote bruikbaarheid in oogheelkundige geneeskunde, in staat om driedimensionale beelden van het netvlies diep in het oog te maken. Hierdoor kunnen artsen problemen met hun weefsels diagnosticeren. Dit soort onderzoek is niet beperkt tot de ogen. Als een laser in het lichaam wordt gestuurd met behulp van optische vezel, kan deze alle weefsels van verschillende organen in het lichaam onderzoeken. In de toekomst kan het zelfs mogelijk zijn om te detecteren of het in kanker is geworden.
Realiserende ultra-nauwkeurige klokken Wetenschappers geloven dat als zichtbaar licht wordt gebruikt om een femtoseconde laserklok te maken, deze tijd meer kan meten dan een atoomklok en in de komende jaren als 's werelds meest nauwkeurige klok zal dienen. Als de klok nauwkeurig is, verbetert het ook aanzienlijk de nauwkeurigheid van de GPS (Global Positioning System) die wordt gebruikt voor autovernavigatie.
Waarom kan zichtbaar licht een nauwkeurige klok maken? Alle klokken en horloges zijn onmisbaar voor de beweging van slinger en versnellingen. Door de swing van een slinger met een precieze trillingsfrequentie, roteren de tandwielen voor seconden en zijn nauwkeurige klokken geen uitzondering. Om een meer accurate klok te maken, is het daarom noodzakelijk om een slinger te gebruiken met een hogere trillingsfrequentie. Quartz -klokken (klokken die kristal -oscillatie gebruiken in plaats van een slinger) zijn nauwkeuriger dan slingerklokken omdat de kwartsresonator meer keer per seconde oscilleert.
De cesium atomaire klok die momenteel wordt gebruikt als de tijdstandaard heeft een oscillatiefrequentie van ongeveer 9,2 Gigahertz (het voorvoegsel van de internationale eenheid van Gigahertz, 1 Gigahertz = 10^9). De atoomklok maakt gebruik van de natuurlijke oscillatiefrequentie van cesiumatomen en vervangt de slinger door magnetrons waarvan de oscillatiefrequentie consistent is. De nauwkeurigheid ervan is slechts één seconde in tientallen miljoenen jaren. Zichtbaar licht heeft daarentegen een oscillatiefrequentie die 100.000 tot 1.000.000 keer hoger is dan de microgolf -oscillatiefrequentie. Dat wil zeggen, zichtbare lichtenergie kan worden gebruikt om precisieklokken te creëren die miljoenen keren nauwkeuriger zijn dan atomaire klokken. De meest accurate klok ter wereld die zichtbaar licht gebruikt, is nu met succes gebouwd in een laboratorium.
De relativiteitstheorie van Einstein kan worden geverifieerd met behulp van deze precieze klok. We plaatsten zo'n nauwkeurige klok in het laboratorium en de andere op kantoor beneden en beschouwden mogelijke situaties. Na een of twee uur werd het resultaat zoals voorspeld door de relativiteitstheorie van Einstein. Vanwege de twee zijn er verschillende "zwaartekrachtvelden" tussen de vloeren, dus de twee klokken wijzen niet langer naar dezelfde tijd, en de klok beneden loopt langzamer dan de klok boven. Als een meer accurate klok zou worden gebruikt, zouden zelfs de horloges die op de pols worden gedragen en de enkel die dag verschillende tijden vertellen. We kunnen eenvoudigweg de charme van relativiteitstheorie ervaren met behulp van nauwkeurige klokken.
Lichte snelheid die technologie verlagen In 1999 vertraagde professor Rainer Howe van Hubbard University in de Verenigde Staten met succes het licht tot 17 meter per seconde, een snelheid die auto's kunnen inhalen, en vervolgens met succes vertraagd tot een snelheid die zelfs fietsen kunnen inhalen. Dit experiment omvat het meest geavanceerde onderzoek in de natuurkunde. Dit artikel introduceert slechts twee sleutels tot het succes van het experiment. Een daarvan is het bouwen van een "wolk" van extreem lage temperatuur natriumatomen dicht bij absolute nul (-273.15 ° C), een speciale gasstatus die een Bose-Einstein-condensaat wordt genoemd. De andere is een laser die de trillingsfrequentie (controlelaser) aanpast en gebruikt om een wolk van natriumatomen te verlichten, en er gebeurt iets ongelooflijks.
Wetenschappers gebruiken eerst een besturingslaser om het pulslicht in de wolk van atomen te comprimeren en extreem te vertragen. Vervolgens schakelen ze de bedieningslaser uit en verdwijnt het pulslicht. De informatie die op het pulslicht wordt uitgevoerd, wordt opgeslagen in de wolk van atomen. . Vervolgens wordt het bestraald met een gecontroleerde laser en het pulslicht wordt hersteld en loopt uit de wolk van atomen. Als gevolg hiervan wordt de oorspronkelijk gecomprimeerde puls opnieuw verbreed en wordt de snelheid hersteld. Het hele proces van het invoeren van gepulseerde lichtinformatie in de atomaire wolk lijkt erg op het lezen, opslaan en opnieuw instellen in een computer. Daarom kan deze technologie helpen bij het realiseren van de realisatie van kwantumcomputers.
Van de wereld van "femtoseconde" tot "attosecond" Femtoseconden zijn buiten onze verbeelding. Nu wagen we ons in de wereld van attoseconden, die korter zijn dan femtoseconden. AH is de afkorting van het voorvoegsel "Atto" van het internationale systeem van eenheden. 1 attosecond = 1 × 10^-18 seconden = duizendste van een femtoseconde. Attoseconde pulsen kunnen niet worden gemaakt met zichtbaar licht omdat het verkorten van de pulsen het gebruik van korter golflengtelicht vereist. Als u bijvoorbeeld een puls wilt maken met rood zichtbaar licht, is het onmogelijk om een puls korter te maken dan die golflengte. Zichtbaar licht heeft een limiet van ongeveer 2 femtoseconden, dus attoseconde pulsen gebruiken röntgenfoto's of gammastralen met kortere golflengten. Het is onduidelijk wat er in de toekomst zal worden ontdekt met behulp van attoseconde röntgenpulsen. Door bijvoorbeeld attosecondeflitsen te gebruiken om biomoleculen te visualiseren, kunnen we hun activiteiten op een zeer korte tijdsschaal observeren en misschien de structuur van biomoleculen identificeren.
