Makale Kaynağı: İnternetten derlenen lazer endüstrisi gözlemi Bir femtosaniye lazeri, sadece bir saniyenin sadece trilyonunda bir ultra kısa süre boyunca ışık yayan "ultra kısa darbe ışığı" üreten bir cihazdır. Fei, femto'nun uluslararası birimler sisteminde önek kısaltması ve 1 femtosaniye = 1 × 10^-15 saniye. Sözde darbe ışığı sadece bir an için ışığı yayar. Bir kameranın flaşının ışık emisyon süresi yaklaşık 1 mikrosaniyedir, bu nedenle femtosaniye ultra kısa nabız ışığında ışık yaymak için zamanının sadece bir milyarda biri vardır. Hepimizin bildiği gibi, ışığın hızı saniyede 300.000 kilometre (dünyayı bir saniyede yedi buçuk kez daire içine alıyor) eşsiz bir hızda uçuyor. Bununla birlikte, bir femtosaniyede, ışık sadece 0.3 mikron ilerler.
Genellikle, hareketli nesnelerin anlık durumunu yakalamak için flaş fotoğrafçılığı kullanırız. Benzer şekilde, yanıp sönmek için bir femtosaniye lazer kullanırsanız, şiddetli bir hızda meydana gelen bir kimyasal reaksiyonun her parçasını görmek mümkündür. Bunu yapmak için femtosaniye lazerler kimyasal reaksiyonların gizemlerini incelemek için kullanılabilir.
Genel kimyasal reaksiyonlar, "aktif durum" olarak adlandırılan yüksek enerjili bir ara durumdan geçtikten sonra ilerler. Aktif durumun varlığı teorik olarak kimyager Arrhenius tarafından 1889 gibi erken bir tarihte tahmin edildi, ancak çok kısa bir an için var olduğu için doğrudan gözlemlenemedi. Ancak varlığı, femtosaniye lazerler tarafından 1980'lerin sonlarında, kimyasal reaksiyonları saptamak için femtosaniye lazerlerinin kullanılması örneği olan doğrudan gösterildi. Örneğin, siklopentanon molekülü aktif durumda karbon monoksite ve 2 etilen molekülüne ayrışır.
Günümüzde, femtosaniye lazerleri fizik, kimya, yaşam bilimleri, ilaç ve mühendislik gibi çok çeşitli alanlarda da kullanılmaktadır. Özellikle, ışık ve elektronik kombinasyonunun iletişim, bilgisayar ve enerji alanlarında çeşitli yeni olasılıklar açması beklenmektedir. Bunun nedeni, ışığın yoğunluğunun neredeyse hiç kayıp olmadan büyük miktarda bilgiyi bir yerden diğerine iletebilmesidir ve optik iletişimi daha da hızlı hale getirir. Nükleer fizik alanında, femtosaniye lazerleri büyük bir etki yarattı. Darbeli ışık çok güçlü bir elektrik alanına sahip olduğundan, elektronları 1 femtosaniye içinde ışık hızına yakınlaştırmak için hızlandırmak mümkündür, böylece elektronları hızlandırmak için bir "hızlandırıcı" olarak kullanılabilir.
Tıpta Uygulama Yukarıda belirtildiği gibi, femtosaniye içindeki dünyada, ışık bile dondurulur ve çok ileri hareket edemez, ancak bu zaman ölçeğinde bile, bilgisayar çipleri içindeki madde ve elektronlardaki atomlar ve moleküller hala devre içinde hareket etmektedir. Bir femtosaniye nabzı kullanırsanız anında durdurabilir ve ne olduğunu inceleyebilirsiniz. Durma süresine yanıp sönmeye ek olarak, femtosaniye lazerler, metalde mikroolleri 200 nanometre kadar küçük bir çapta (milimetrenin iki bini) delebilir. Bu, kısa bir süre içinde sıkıştırılmış ve içeride kilitlenen ultra kısa nabız ışığının, çevreye ek hasara neden olmadan ultra yüksek çıkışın inanılmaz bir etkisi sağladığı anlamına gelir. Ayrıca, femtosaniye lazerlerin darbeli ışığı, nesnelerin üç boyutlu görüntülerini son derece ince ayrıntılarla yakalayabilir. Stereoskopik görüntü fotoğrafçılığı tıbbi tanıda çok yararlıdır, böylece optik müdahale tomografisi adı verilen yeni bir araştırma alanı açar. Bu, bir femtosaniye lazer kullanılarak yakalanan canlı doku ve canlı hücrelerin üç boyutlu bir görüntüsüdür. Örneğin, cilde çok kısa bir ışık darbesi yönlendirilir. Nabız ışığı cildin yüzeyine yansır ve darbe ışığının bir kısmı cilde yayılır. Cildin içi birçok katmandan oluşur. Cilde giren nabız ışığı küçük bir nabız ışığı olarak geri döner. Yansıyan ışıktaki bu çeşitli nabız ışıklarının yankılarından, cildin iç yapısı bilinebilir.
Buna ek olarak, bu teknoloji, oftalmik tıpta, retinanın derin gözündeki üç boyutlu görüntülerini yakalayabilen büyük pratikliğe sahiptir. Bu, doktorların dokularıyla ilgili problemleri teşhis etmelerini sağlar. Bu tür bir inceleme gözlerle sınırlı değildir. Optik fiber kullanılarak vücuda bir lazer gönderilirse, vücuttaki çeşitli organların tüm dokularını inceleyebilir. Gelecekte, kansere dönüşüp dönüşmediğini tespit etmek bile mümkün olabilir.
Ultra tespit saatlerinin gerçekleştirilmesi Bilim adamları, bir femtosaniye lazer saati yapmak için görünür ışık kullanılırsa, zamanı bir atom saatinden daha hassas bir şekilde ölçebileceğine ve önümüzdeki birkaç yıl içinde dünyanın en doğru saati olarak hizmet edeceğine inanıyorlar. Saat doğruysa, araba navigasyonu için kullanılan GP'lerin (küresel konumlandırma sistemi) doğruluğunu da büyük ölçüde artırır.
Görünür ışık neden doğru bir saat yapabilir? Tüm saatler ve saatler sarkaçların ve dişlilerin hareketi için vazgeçilmezdir. Hassas bir titreşim frekansına sahip bir sarkaç salınımı ile dişliler saniyeler boyunca döner ve doğru saatler bir istisna değildir. Bu nedenle, daha doğru bir saat yapmak için, daha yüksek titreşim frekansına sahip bir sarkaç kullanmak gerekir. Kuvars saatleri (sarkaç yerine kristal salınım kullanan saatler) sarkaç saatlerinden daha doğrudur, çünkü kuvars rezonatörü saniyede daha fazla salınır.
Şu anda zaman standardı olarak kullanılan sezyum atomik saati yaklaşık 9.2 gigahertz salınım frekansına sahiptir (uluslararası gigahertz biriminin önek, 1 gigahertz = 10^9). Atomik saat, sezyum atomlarının doğal salınım frekansını kullanır ve sarkacı salınım frekansı tutarlı olan mikrodalgalarla değiştirir. Doğruluğu on milyonlarca yılda sadece bir saniyedir. Buna karşılık, görünür ışık, mikrodalga salınım frekansından 100.000 ila 1.000.000 kat daha yüksek bir salınım frekansına sahiptir. Yani, görünür ışık enerjisi, atomik saatlerden milyonlarca kat daha doğru olan hassas saatler oluşturmak için kullanılabilir. Görünür ışık kullanan dünyanın en doğru saati artık bir laboratuvarda başarıyla inşa edildi.
Einstein'ın görelilik teorisi bu kesin saatin yardımıyla doğrulanabilir. Birini laboratuvara, diğerini ise alt kata yerleştirdik ve olası durumları düşündük. Bir veya iki saat sonra, sonuç Einstein'ın görelilik teorisi tarafından tahmin edildi. İkisi nedeniyle zeminler arasında farklı "yerçekimi alanı" vardır, bu nedenle iki saat artık aynı zamanda işaret etmez ve alt katta saat üst kattan daha yavaş çalışır. Daha doğru bir saat kullanıldıysa, belki de bilek ve ayak bileği üzerine giyilen saatler bile o gün farklı zamanlar anlatırdı. Doğru saatler yardımıyla görelilik cazibesini deneyimleyebiliriz.
Işık Hızı Yavaşlama Teknolojisi 1999'da, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Hubbard Üniversitesi Profesör Rainer Howe, ışığı saniyede 17 metreye kadar yavaşlattı, arabaların yakalayabileceği bir hız ve daha sonra ışığı bisikletlerin bile yakalayabileceği bir hıza başarıyla yavaşlattı. Bu deney, fizikte en yeni araştırmayı içerir. Bu makale sadece deneyin başarısına iki anahtar sunmaktadır. Birincisi, Bose-Einstein kondensatı adı verilen özel bir gaz durumu olan mutlak sıfıra (-273.15 ° C) yakın aşırı düşük sıcaklıklı sodyum atomlarının "bulutu" oluşturmaktır. Diğeri, titreşim frekansını (kontrol lazeri) ayarlayan ve bir sodyum atom bulutunu aydınlatmak için kullanan bir lazerdir ve inanılmaz bir şey olur.
Bilim adamları önce atom bulutundaki nabız ışığını sıkıştırmak ve aşırı derecede yavaşlatmak için bir kontrol lazeri kullanırlar. Sonra kontrol lazerini kapatırlar ve darbe ışığı kaybolur. Nabız ışığı üzerinde taşınan bilgiler atom bulutunda saklanır. . Daha sonra kontrollü bir lazerle ışınlanır ve darbe ışığı restore edilir ve atom bulutundan yürür. Sonuç olarak, başlangıçta sıkıştırılmış darbe tekrar genişletilir ve hız geri yüklenir. Atomik buluta darbeli ışık bilgisini girme işlemi, bir bilgisayarda okuma, depolama ve sıfırlamaya çok benzer. Bu nedenle, bu teknoloji kuantum bilgisayarların gerçekleştirilmesini gerçekleştirmeye yardımcı olabilir.
"Femtosaniye" dünyasından "Attosecond" a Femtosaniyeler hayal gücümüzün ötesindedir. Şimdi femtosaniyeden daha kısa olan Attoseconds dünyasına giriyoruz. Ah, uluslararası birim sisteminin "atto" nun öneki kısaltmasıdır. 1 Attosecond = 1 × 10^-18 saniye = bir femtosaniyenin binde biri. Attosecond darbeleri görünür ışıkla yapılamaz çünkü darbelerin kısalması daha kısa dalga boyu ışığın kullanılmasını gerektirir. Örneğin, kırmızı görünür ışık kullanarak bir darbe oluşturmak istiyorsanız, bu dalga boyundan daha kısa bir darbe oluşturmak imkansızdır. Görünür ışığın yaklaşık 2 femtosaniye sınırı vardır, bu nedenle Attosecond darbeleri daha kısa dalga boylarına sahip X-ışınları veya gama ışınları kullanır. Attosecond X-ışını darbeleri kullanılarak gelecekte ne keşfedileceği belli değil. Örneğin, biyomolekülleri görselleştirmek için Attosecond flaşları kullanmak, faaliyetlerini çok kısa bir zaman ölçeğinde gözlemlememize ve belki de biyomoleküllerin yapısını tanımlamamıza olanak tanır.
