مصدر المقالة: مراقبة صناعة الليزر تم تجميعها من الإنترنت ليزر FemtoSecond هو جهاز توليد "ضوء النبض الفائق" الذي ينبعث منه الضوء لوقت كبير للغاية يبلغ حوالي تريليونات ثانية. FEI هو اختصار بادئة FEMTO في النظام الدولي للوحدات ، و 1 FEMTOSECOND = 1 × 10^-15 ثانية. ينبعث ضوء النبض المزعوم الضوء فقط للحظة. يبلغ وقت انبعاث الضوء لفلاش الكاميرا حوالي 1 microsecond ، وبالتالي فإن ضوء النبض الفائق الفائق في FemtoSecond لا يحتوي إلا على حوالي مليار من وقتها لإصدار الضوء. كما نعلم جميعًا ، تمر سرعة الضوء بسرعة لا مثيل لها 300000 كيلومتر في الثانية (تدور حول الأرض سبع مرات ونصف في ثانية واحدة). ومع ذلك ، في فم واحد ، الضوء يتقدم فقط 0.3 ميكرون.
عادةً ما نستخدم التصوير الفوتوغرافي الفلاش لالتقاط الحالة الفورية للأشياء المتحركة. وبالمثل ، إذا كنت تستخدم ليزر FemtoSecond لفلاش ، فمن الممكن رؤية كل جزء من التفاعل الكيميائي الذي يحدث بسرعة عنيفة. للقيام بذلك ، يمكن استخدام الليزر FeMtoSecond لدراسة أسرار التفاعلات الكيميائية.
تسير التفاعلات الكيميائية العامة بعد المرور عبر حالة وسيطة ذات طاقة عالية ، ما يسمى "الحالة المنشطة". تم التنبؤ نظريًا بوجود الحالة المنشطة من قبل الكيميائي أروريوس في وقت مبكر من عام 1889 ، ولكن لأنه كان موجودًا للحظة قصيرة جدًا ، لا يمكن ملاحظته مباشرة. ولكن تم توضيح وجودها مباشرة في أواخر الثمانينيات من قبل ليزر FemtoSecond ، وهو مثال على استخدام الليزر FemtoSecond لتحديد التفاعلات الكيميائية. على سبيل المثال ، يتحلل جزيء Cyclopentanone إلى أول أكسيد الكربون وجزيئات الإيثيلين في الحالة المنشطة.
في الوقت الحاضر ، تُستخدم ليزر FeMtoSecond أيضًا في مجموعة واسعة من الحقول مثل الفيزياء والكيمياء وعلوم الحياة والطب والهندسة. على وجه الخصوص ، من المتوقع أن يفتح مزيج من الضوء والإلكترونيات إمكانيات جديدة مختلفة في مجالات الاتصالات وأجهزة الكمبيوتر والطاقة. وذلك لأن شدة الضوء يمكن أن تنقل كميات كبيرة من المعلومات من مكان إلى آخر دون أي خسارة تقريبًا ، مما يجعل الاتصالات البصرية بشكل أسرع. في مجال الفيزياء النووية ، أحدثت ليزر FemtoSecond تأثيرًا كبيرًا. نظرًا لأن الضوء النبضي يحتوي على مجال كهربائي قوي للغاية ، فمن الممكن تسريع الإلكترونات للإقتراح من سرعة الضوء خلال 1 FeMtoSecond ، بحيث يمكن استخدامه كـ "تسريع" لتسريع الإلكترونات.
التطبيق في الطب كما ذكر أعلاه ، في العالم داخل FemtoSeconds ، حتى الضوء يتم تجميده ولا يمكنه التحرك بعيدًا جدًا ، ولكن حتى في هذا النطاق الزمني ، لا تزال الذرات والجزيئات في المادة ، ولا تزال الإلكترونات داخل رقائق الكمبيوتر تتحرك داخل الدائرة. إذا كنت تستخدم نبض الفمتوثانية ، فيمكنك إيقافه على الفور ودراسة ما يحدث. بالإضافة إلى الوميض لوقف الوقت ، يمكن ليزر FemtoSecond أيضًا الحفر الثقوب الدقيقة في المعادن بقطر ما يصل إلى 200 نانومتر (عشرة آلاف من الملليمتر). هذا يعني أن ضوء نبض النبض الفائق الذي يتم ضغطه ومغلق في الداخل في فترة زمنية قصيرة يحقق تأثيرًا مذهلاً على الناتج العالي فائقة دون التسبب في أضرار إضافية للمحيط. علاوة على ذلك ، يمكن للضوء النبضي لليزر الفمتوثانية التقاط صور ثلاثية الأبعاد للكائنات بتفاصيل دقيقة للغاية. التصوير الفوتوغرافي للصور المجسمة مفيدة للغاية في التشخيص الطبي ، وبالتالي فتح مجال بحث جديد يسمى التصوير المقطعي التداخل البصري. هذه صورة ثلاثية الأبعاد للأنسجة الحية والخلايا الحية التي تم التقاطها باستخدام ليزر FemtoSecond. على سبيل المثال ، يتم توجيه نبض قصير جدًا من الضوء على الجلد. ينعكس ضوء النبض على سطح الجلد ، ويتم تنبعث جزء من ضوء النبض في الجلد. يتكون الجزء الداخلي من الجلد من العديد من الطبقات. يتم ارتداد ضوء النبض الذي يدخل الجلد مرة أخرى كضوء نبض صغير. من أصداء هذه الأضواء النبضية المختلفة في الضوء المنعكس ، يمكن أن يكون الهيكل الداخلي للجلد معروفًا.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن هذه التكنولوجيا تتمتع بعملية عملية كبيرة في طب العيون ، قادرة على التقاط صور ثلاثية الأبعاد لشبكية العين في أعماق العين. هذا يتيح للأطباء تشخيص مشاكل مع أنسجةهم. هذا النوع من الفحص لا يقتصر على العيون. إذا تم إرسال الليزر إلى الجسم باستخدام الألياف الضوئية ، فيمكنه فحص جميع أنسجة الأعضاء المختلفة في الجسم. في المستقبل ، قد يكون من الممكن اكتشاف ما إذا كان قد تحول إلى سرطان.
تحقيق الساعات الفائقة يعتقد العلماء أنه إذا تم استخدام الضوء المرئي لصنع ساعة ليزر فيمتوثانية ، فسيكون ذلك قادرًا على قياس الوقت بشكل أكثر دقة من الساعة الذرية ، وسيكون بمثابة أكثر ساعة في العالم في السنوات القليلة المقبلة. إذا كانت الساعة دقيقة ، فإنها تعمل أيضًا على تحسين دقة نظام تحديد المواقع (نظام تحديد المواقع العالمي) المستخدم في التنقل في السيارات.
لماذا يمكن للضوء المرئي جعل ساعة دقيقة؟ جميع الساعات والساعات لا غنى عنها لحركة البندول والتروس. من خلال تأرجح البندول مع تردد اهتزاز دقيق ، تدور التروس لثواني ، والساعات الدقيقة ليست استثناء. لذلك ، لجعل ساعة أكثر دقة ، من الضروري استخدام البندول مع تردد اهتزاز أعلى. تعد ساعات الكوارتز (الساعات التي تستخدم التذبذب البلوري بدلاً من البندول) أكثر دقة من ساعات البندول لأن مرنان الكوارتز يتذبذب مرات في الثانية.
تتميز الساعة الذرية بالسيزيوم المستخدمة حاليًا كمعيار الوقت بتردد التذبذب حوالي 9.2 جيجاهيرتز (بادئة الوحدة الدولية لـ Gigahertz ، 1 Gigahertz = 10^9). تستخدم الساعة الذرية تردد التذبذب الطبيعي لذرات السيزيوم ويحل محل البندول بأفكار ميكروويف التي يكون تردد التذبذب متسقًا. دقتها هي ثانية واحدة فقط في عشرات الملايين من السنين. في المقابل ، يكون للضوء المرئي تردد التذبذب الذي يتراوح ما بين 100000 إلى 1،000،000 مرة من تردد التذبذب في الميكروويف. أي أنه يمكن استخدام طاقة الضوء المرئية لإنشاء ساعات دقيقة أكثر دقة ملايين المرات من الساعات الذرية. لقد تم الآن بناء ساعة العالم الأكثر دقة التي تستخدم الضوء المرئي بنجاح في مختبر.
يمكن التحقق من نظرية آينشتاين للنسبية بمساعدة هذه الساعة الدقيقة. وضعنا ساعة واحدة دقيقة في المختبر والآخر في المكتب في الطابق السفلي ، واعتبرنا المواقف المحتملة. بعد ساعة أو ساعتين ، كانت النتيجة تنبأ بها نظرية آينشتاين النسبية. نظرًا للاثنين ، توجد "حقول جاذبية" مختلفة بين الطوابق ، وبالتالي لم تعد الساعتين تشير إلى نفس الوقت ، وتستمر الساعة في الطابق السفلي من الساعة في الطابق العلوي. إذا تم استخدام ساعة أكثر دقة ، فربما حتى الساعات التي يتم ارتداؤها على المعصم والكاحل ستخبر أوقات مختلفة في ذلك اليوم. يمكننا ببساطة تجربة سحر النسبية بمساعدة الساعات الدقيقة.
سرعة الضوء تباطؤ التكنولوجيا في عام 1999 ، نجحت البروفيسور راير هاو من جامعة هوبارد في الولايات المتحدة في إبطاء الضوء إلى 17 مترًا في الثانية ، وهي سرعة يمكن أن اللحاق بها السيارات ، ثم تباطأت بنجاح إلى سرعة يمكن أن تتجاوزها الدراجات. تتضمن هذه التجربة أكثر الأبحاث المتطورة في الفيزياء. تقدم هذه المقالة مفتاحين فقط لنجاح التجربة. أحدهما هو بناء "سحابة" من ذرات الصوديوم منخفضة درجة الحرارة القريبة من الصفر المطلق (-273.15 درجة مئوية) ، وهي حالة غاز خاصة تسمى مكثفات بوس إيينشتاين. والآخر هو ليزر يضبط تردد الاهتزاز (تحكم الليزر) ، ويستخدمه لإلقاء الضوء على سحابة من ذرات الصوديوم ، ويحدث شيء لا يصدق.
يستخدم العلماء أولاً ليزر التحكم لضغط ضوء النبض في سحابة الذرات وإبطاءه للغاية. ثم يقومون بإيقاف تشغيل ليزر التحكم ويختفي ضوء النبض. يتم تخزين المعلومات التي يتم تنفيذها على ضوء النبض في سحابة الذرات. . ثم يتم تشعيعه بالليزر المتحكم فيه ، ويتم استعادة ضوء النبض ويخرج من سحابة الذرات. نتيجة لذلك ، يتم توسيع النبض المضغوط في الأصل مرة أخرى ويتم استعادة السرعة. تشبه العملية الكاملة لإدخال معلومات الضوء النبضي في السحابة الذرية القراءة والتخزين وإعادة ضبطها في الكمبيوتر. لذلك ، يمكن أن تساعد هذه التكنولوجيا في تحقيق تحقيق أجهزة الكمبيوتر الكم.
من عالم "FeMtoSecond" إلى "Attosecond" FemtoSeconds خارج خيالنا. الآن نحن نغامر في عالم Attoseconds ، والتي تكون أقصر من FemtoSeconds. آه هو اختصار بادئة "atto" للنظام الدولي للوحدات. 1 attoSecond = 1 × 10^-18 ثانية = ألف من الفمتوسكوند. لا يمكن صنع نبضات Attosecond مع ضوء مرئي لأن تقصير النبضات يتطلب استخدام ضوء الطول الموجي الأقصر. على سبيل المثال ، إذا كنت ترغب في إنشاء نبضة باستخدام ضوء مرئي أحمر ، فمن المستحيل إنشاء نبض أقصر من هذا الطول الموجي. يبلغ الحد الأقصى للضوء المرئي حوالي 2 femtoSeconds ، لذلك تستخدم نبضات Attosecond الأشعة السينية أو أشعة جاما بأطوال موجية أقصر. من غير الواضح ما الذي سيتم اكتشافه في المستقبل باستخدام نبضات الأشعة السينية Attosecond. على سبيل المثال ، يتيح لنا استخدام وميض Attosecond لتصور الجزيئات الحيوية مراقبة أنشطتها على نطاق زمني قصير جدًا وربما تحديد بنية الجزيئات الحيوية.
