Femtosecond Laser

A ເລເຊີ femtosecondເປັນອຸປະກອນສ້າງ "ultrashort pulse light" ທີ່ປ່ອຍແສງພຽງແຕ່ເປັນເວລາສັ້ນໆປະມານໜຶ່ງກິກເຊວິນາທີ. Fei ແມ່ນຕົວຫຍໍ້ຂອງ Femto, ຄໍານໍາຫນ້າຂອງລະບົບສາກົນຂອງຫນ່ວຍງານ, ແລະ 1 femtosecond = 1 × 10^-15 ວິນາທີ. ອັນທີ່ເອີ້ນວ່າແສງກໍາມະຈອນ emits ແສງສະຫວ່າງພຽງແຕ່ສໍາລັບທັນທີ. ເວລາປ່ອຍແສງຂອງແຟລດຂອງກ້ອງຖ່າຍຮູບແມ່ນປະມານ 1 ໄມໂຄວິນາທີ, ສະນັ້ນ ແສງກໍາມະຈອນສັ້ນສຸດຂອງ femtosecond ພຽງແຕ່ປ່ອຍແສງປະມານໜຶ່ງຕື້ຂອງເວລາຂອງມັນ. ດັ່ງທີ່ພວກເຮົາທຸກຄົນຮູ້, ຄວາມໄວຂອງແສງແມ່ນ 300,000 ກິໂລແມັດຕໍ່ວິນາທີ (7 ແລະເຄິ່ງຫນຶ່ງເປັນວົງຮອບໂລກໃນ 1 ວິນາທີ) ດ້ວຍຄວາມໄວທີ່ບໍ່ມີໃຜທຽບເທົ່າ, ແຕ່ໃນ 1 femtosecond, ເຖິງແມ່ນວ່າແສງສະຫວ່າງຈະກ້າວຫນ້າພຽງແຕ່ 0.3 microns.

ເລື້ອຍໆ, ດ້ວຍການຖ່າຍຮູບແຟລດ, ພວກເຮົາສາມາດຕັດສະຖານະການເຄື່ອນທີ່ຂອງວັດຖຸເຄື່ອນທີ່. ເຊັ່ນດຽວກັນ, ຖ້າແສງເລເຊີ femtosecond ຖືກກະພິບ, ມັນເປັນໄປໄດ້ທີ່ຈະເຫັນທຸກໆຊິ້ນຂອງປະຕິກິລິຍາເຄມີເຖິງແມ່ນວ່າມັນດໍາເນີນໄປດ້ວຍຄວາມໄວທີ່ຮຸນແຮງ. ເພື່ອເຮັດສິ່ງນີ້, ເລເຊີ femtosecond ສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອສຶກສາຄວາມລຶກລັບຂອງປະຕິກິລິຍາທາງເຄມີ.
ປະຕິກິລິຍາເຄມີທົ່ວໄປແມ່ນປະຕິບັດຫຼັງຈາກຜ່ານລັດກາງທີ່ມີພະລັງງານສູງ, ອັນທີ່ເອີ້ນວ່າ "ລັດກະຕຸ້ນ". ການມີຢູ່ຂອງສະຖານະເປີດໃຊ້ງານໄດ້ຖືກຄາດຄະເນທາງທິດສະດີໂດຍນັກເຄມີ Arrhenius ໃນຕົ້ນປີ 1889, ແຕ່ມັນບໍ່ສາມາດສັງເກດເຫັນໄດ້ໂດຍກົງເພາະວ່າມັນມີຢູ່ໃນໄລຍະເວລາສັ້ນໆ. ແຕ່ການມີຢູ່ຂອງມັນໄດ້ຖືກສະແດງໃຫ້ເຫັນໂດຍກົງໂດຍເລເຊີ femtosecond ໃນທ້າຍຊຸມປີ 1980, ຕົວຢ່າງຂອງປະຕິກິລິຍາທາງເຄມີສາມາດຊີ້ໃຫ້ເຫັນໄດ້ດ້ວຍເລເຊີ femtosecond. ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, ໂມເລກຸນ cyclopentanone ຖືກ decomposed ເປັນກາກບອນ monoxide ແລະ 2 ໂມເລກຸນ ethylene ໂດຍລັດກະຕຸ້ນ.
ເລເຊີ Femtosecond ໃນປັດຈຸບັນຍັງຖືກນໍາໃຊ້ໃນຂອບເຂດທີ່ກວ້າງຂວາງເຊັ່ນ: ຟີຊິກ, ເຄມີ, ວິທະຍາສາດຊີວິດ, ການແພດ, ແລະວິສະວະກໍາ, ໂດຍສະເພາະໃນແສງສະຫວ່າງແລະເອເລັກໂຕຣນິກ. ນີ້ແມ່ນຍ້ອນວ່າຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງສະຫວ່າງສາມາດສົ່ງຂໍ້ມູນຈໍານວນຫລາຍຈາກບ່ອນຫນຶ່ງໄປຫາບ່ອນອື່ນໂດຍເກືອບບໍ່ມີການສູນເສຍ, ເລັ່ງການສື່ສານທາງ optical. ໃນຂົງເຂດຟີຊິກນິວເຄຼຍ, ເລເຊີ femtosecond ໄດ້ນໍາເອົາຜົນກະທົບອັນໃຫຍ່ຫຼວງ. ເນື່ອງຈາກວ່າແສງສະຫວ່າງ pulsed ມີພາກສະຫນາມໄຟຟ້າທີ່ເຂັ້ມແຂງຫຼາຍ, ມັນເປັນໄປໄດ້ທີ່ຈະເລັ່ງເອເລັກໂຕຣນິກໄປໃກ້ກັບຄວາມໄວຂອງແສງພາຍໃນ 1 femtosecond, ສະນັ້ນມັນສາມາດໄດ້ຮັບການນໍາໃຊ້ເປັນ "accelerator" ສໍາລັບການເລັ່ງເອເລັກໂຕຣນິກ.

ການ​ນໍາ​ໃຊ້​ໃນ​ຢາ​
ດັ່ງທີ່ໄດ້ກ່າວມາຂ້າງເທິງ, ໃນໂລກ femtosecond ເຖິງແມ່ນວ່າແສງສະຫວ່າງກໍ່ຖືກແຊ່ແຂໍງເຮັດໃຫ້ມັນບໍ່ສາມາດເດີນທາງໄກໄດ້, ແຕ່ເຖິງແມ່ນວ່າໃນເວລານີ້, ອະຕອມ, ໂມເລກຸນໃນວັດຖຸ, ແລະເອເລັກໂຕຣນິກພາຍໃນຊິບຄອມພິວເຕີຍັງເຄື່ອນທີ່ຢູ່ໃນວົງຈອນ. ຖ້າກໍາມະຈອນ femtosecond ສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອຢຸດມັນທັນທີ, ສຶກສາສິ່ງທີ່ເກີດຂຶ້ນ. ນອກເໜືອໄປຈາກເວລາກະພິບເພື່ອຢຸດ, ເລເຊີ femtosecond ສາມາດເຈາະຮູນ້ອຍໆໃນໂລຫະຂະໜາດນ້ອຍເຖິງ 200 nanometers (2/10,000th of a millimeter) ເສັ້ນຜ່າສູນກາງ. ນີ້ຫມາຍຄວາມວ່າແສງກໍາມະຈອນສັ້ນ ultra-short ທີ່ຖືກບີບອັດແລະ locked ພາຍໃນໄລຍະເວລາສັ້ນບັນລຸຜົນກະທົບທີ່ຫນ້າປະຫລາດໃຈຂອງຜົນຜະລິດສູງ ultra-ສູງ, ແລະບໍ່ເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມເສຍຫາຍເພີ່ມເຕີມຕໍ່ກັບສິ່ງອ້ອມຂ້າງ. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ແສງກະພິບຂອງເລເຊີ femtosecond ສາມາດຖ່າຍຮູບ stereoscopic ທີ່ດີເລີດຂອງວັດຖຸ. ການຖ່າຍຮູບແບບ stereoscopic ແມ່ນມີປະໂຫຍດຫຼາຍໃນການວິນິດໄສທາງການແພດ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງເປີດພາກການຄົ້ນຄວ້າໃຫມ່ທີ່ເອີ້ນວ່າ tomography optical interference. ນີ້​ແມ່ນ​ຮູບ​ພາບ stereoscopic ຂອງ​ເນື້ອ​ເຍື່ອ​ມີ​ຊີ​ວິດ​ແລະ​ຈຸ​ລັງ​ທີ່​ມີ​ຊີ​ວິດ​ຖ່າຍ​ດ້ວຍ laser femtosecond​. ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, ແສງສະຫວ່າງກໍາມະຈອນສັ້ນຫຼາຍແມ່ນແນໃສ່ຜິວຫນັງ, ແສງສະຫວ່າງກໍາມະຈອນແມ່ນສະທ້ອນໃຫ້ເຫັນອອກຈາກຜິວຂອງຜິວຫນັງ, ແລະບາງສ່ວນຂອງແສງສະຫວ່າງກໍາມະຈອນແມ່ນສີດເຂົ້າໄປໃນຜິວຫນັງ. ພາຍໃນຂອງຜິວຫນັງແມ່ນປະກອບດ້ວຍຫຼາຍຊັ້ນ, ແລະແສງກໍາມະຈອນທີ່ເຂົ້າໄປໃນຜິວຫນັງແມ່ນ bounced ກັບຄືນໄປບ່ອນເປັນແສງສະຫວ່າງກໍາມະຈອນເຕັ້ນຂະຫນາດນ້ອຍ, ແລະໂຄງສ້າງພາຍໃນຂອງຜິວຫນັງສາມາດຮູ້ໄດ້ຈາກສຽງສະທ້ອນຂອງແສງສະຫວ່າງກໍາມະຈອນເຕັ້ນເຫຼົ່ານີ້ຢູ່ໃນແສງສະຫວ່າງສະທ້ອນ.
ນອກຈາກນັ້ນ, ເທກໂນໂລຍີນີ້ມີປະໂຫຍດອັນໃຫຍ່ຫຼວງໃນ ophthalmology, ສາມາດຖ່າຍຮູບ stereoscopic ຂອງ retina ເລິກເຂົ້າໄປໃນຕາ. ນີ້ເຮັດໃຫ້ທ່ານຫມໍສາມາດວິນິດໄສວ່າມີບັນຫາກັບເນື້ອເຍື່ອຂອງເຂົາເຈົ້າ. ປະເພດຂອງການກວດນີ້ບໍ່ຈໍາກັດພຽງແຕ່ຕາ. ຖ້າ laser ຖືກສົ່ງເຂົ້າໄປໃນຮ່າງກາຍດ້ວຍເສັ້ນໄຍ optical, ມັນເປັນໄປໄດ້ທີ່ຈະກວດເບິ່ງເນື້ອເຍື່ອທັງຫມົດຂອງອະໄວຍະວະຕ່າງໆໃນຮ່າງກາຍ, ແລະມັນອາດຈະເປັນໄປໄດ້ເພື່ອກວດເບິ່ງວ່າມັນກາຍເປັນມະເຮັງໃນອະນາຄົດ.

ການປະຕິບັດໂມງທີ່ຊັດເຈນທີ່ສຸດ
ນັກວິທະຍາສາດເຊື່ອວ່າ ຖ້າ ກເລເຊີ femtosecondໂມງຖືກສ້າງຂື້ນໂດຍໃຊ້ແສງທີ່ເບິ່ງເຫັນ, ມັນຈະສາມາດວັດແທກເວລາໄດ້ຊັດເຈນກວ່າໂມງປະລໍາມະນູ, ແລະມັນຈະເປັນໂມງທີ່ຖືກຕ້ອງທີ່ສຸດໃນໂລກສໍາລັບປີຂ້າງຫນ້າ. ຖ້າໂມງແມ່ນຖືກຕ້ອງ, ຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງ GPS (Global Positioning System) ທີ່ໃຊ້ສໍາລັບການນໍາທາງໃນລົດກໍ່ໄດ້ຮັບການປັບປຸງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ.
ເປັນຫຍັງແສງສະຫວ່າງທີ່ເບິ່ງເຫັນສາມາດເຮັດໃຫ້ໂມງທີ່ຊັດເຈນ? ໂມງແລະໂມງທັງຫມົດແມ່ນແຍກອອກຈາກການເຄື່ອນໄຫວຂອງ pendulum ແລະເກຍ, ແລະໂດຍຜ່ານການ oscillation ຂອງ pendulum ກັບຄວາມຖີ່ຂອງການສັ່ນສະເທືອນທີ່ຊັດເຈນ, ເກຍ rotates ສໍາລັບວິນາທີ, ແລະໂມງທີ່ຖືກຕ້ອງແມ່ນບໍ່ມີຂໍ້ຍົກເວັ້ນ. ດັ່ງນັ້ນ, ເພື່ອເຮັດໃຫ້ໂມງທີ່ຖືກຕ້ອງຫຼາຍຂຶ້ນ, ມັນຈໍາເປັນຕ້ອງໃຊ້ pendulum ທີ່ມີຄວາມຖີ່ຂອງການສັ່ນສະເທືອນສູງກວ່າ. ໂມງ Quartz (ໂມງທີ່ສັ່ນສະເທືອນກັບໄປເຊຍກັນແທນທີ່ຈະເປັນ pendulums) ແມ່ນຖືກຕ້ອງຫຼາຍກ່ວາໂມງ pendulum ເນື່ອງຈາກວ່າ quartz resonator oscillates ຫຼາຍເທື່ອຕໍ່ວິນາທີ.
ໂມງປະລໍາມະນູຂອງ Cesium, ເຊິ່ງປະຈຸບັນເປັນມາດຕະຖານເວລາ, ສັ່ນຢູ່ໃນຄວາມຖີ່ປະມານ 9.2 gigahertz (ຄໍານໍາຫນ້າຂອງຫນ່ວຍງານສາກົນ giga, 1 giga = 10^9). ໂມງປະລໍາມະນູໃຊ້ຄວາມຖີ່ຂອງການສັ່ນສະເທືອນທໍາມະຊາດຂອງອະຕອມຂອງເຊຊຽມເພື່ອທົດແທນ pendulum ດ້ວຍໄມໂຄເວຟທີ່ມີຄວາມຖີ່ຂອງການ oscillation ດຽວກັນ, ແລະຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງມັນແມ່ນພຽງແຕ່ 1 ວິນາທີໃນຫຼາຍສິບລ້ານປີ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ແສງທີ່ເບິ່ງເຫັນໄດ້ມີຄວາມຖີ່ຂອງການສັ່ນສະເທືອນ 100,000 ຫາ 1,000,000 ເທົ່າຂອງໄມໂຄເວຟ, ນັ້ນແມ່ນ, ການໃຊ້ພະລັງງານແສງທີ່ເບິ່ງເຫັນເພື່ອສ້າງໂມງທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍໍາກວ່າໂມງປະລໍາມະນູຫຼາຍລ້ານເທົ່າ. ໂມງທີ່ຖືກຕ້ອງທີ່ສຸດໃນໂລກທີ່ໃຊ້ແສງຕາເວັນໄດ້ຖືກສ້າງຂຶ້ນໃນຫ້ອງທົດລອງຢ່າງສໍາເລັດຜົນ.
ດ້ວຍຄວາມຊ່ອຍເຫລືອຂອງໂມງທີ່ຊັດເຈນນີ້, ທິດສະດີຂອງ Relativity ຂອງ Einstein ສາມາດກວດສອບໄດ້. ພວກເຮົາເອົາໂມງອັນໜຶ່ງທີ່ຊັດເຈນເຫຼົ່ານີ້ຢູ່ໃນຫ້ອງທົດລອງ ແລະອີກໜ່ວຍໜຶ່ງຢູ່ໃນຫ້ອງການຊັ້ນລຸ່ມ, ພິຈາລະນາສິ່ງທີ່ອາດຈະເກີດຂຶ້ນ, ຫຼັງຈາກໜຶ່ງຊົ່ວໂມງ ຫຼື ສອງໂມງ, ຜົນໄດ້ຮັບແມ່ນຕາມທີ່ Einstein ໄດ້ຄາດຄະເນໄວ້ໂດຍທິດສະດີສົມມຸດຕິພາບຂອງ Einstein, ເນື່ອງຈາກທັງສອງມີ “ຂົງເຂດແຮງໂນ້ມຖ່ວງ. "ລະຫວ່າງຊັ້ນ, ໂມງສອງໂມງບໍ່ໄດ້ຊີ້ໄປຫາເວລາດຽວກັນ, ແລະໂມງຊັ້ນລຸ່ມແລ່ນຊ້າກວ່າໂມງຊັ້ນເທິງ. ດ້ວຍໂມງທີ່ຖືກຕ້ອງກວ່າ, ບາງທີເວລາຢູ່ໃນຂໍ້ມືແລະຂໍ້ຕີນອາດຈະແຕກຕ່າງກັນໃນມື້ນັ້ນ. ພວກ​ເຮົາ​ພຽງ​ແຕ່​ສາ​ມາດ​ປະ​ສົບ​ການ magic ຂອງ​ການ​ພົວ​ພັນ​ກັບ​ການ​ຊ່ວຍ​ເຫຼືອ​ຂອງ​ໂມງ​ທີ່​ຖືກ​ຕ້ອງ​.

ເຕັກ​ໂນ​ໂລ​ຊີ​ຊ້າ​ຄວາມ​ໄວ​ແສງ​ສະ​ຫວ່າງ​
ໃນປີ 1999, ສາດສະດາຈານ Rainer Howe ຈາກມະຫາວິທະຍາໄລ Hubbard ໃນສະຫະລັດ ປະສົບຄວາມສຳເລັດໃນການເລັ່ງແສງເຖິງ 17 ແມັດຕໍ່ວິນາທີ ເຊິ່ງເປັນຄວາມໄວທີ່ລົດສາມາດຈັບໄດ້ ແລະຈາກນັ້ນກໍ່ຊ້າລົງຢ່າງສຳເລັດຜົນ ຈົນເຖິງລະດັບທີ່ແມ້ແຕ່ລົດຖີບສາມາດໄລ່ຕາມໄດ້. ການທົດລອງນີ້ກ່ຽວຂ້ອງກັບການຄົ້ນຄວ້າທີ່ທັນສະໄຫມທີ່ສຸດໃນຟີຊິກ, ແລະບົດຄວາມນີ້ພຽງແຕ່ແນະນໍາສອງກຸນແຈເພື່ອຄວາມສໍາເລັດຂອງການທົດລອງ. ອັນໜຶ່ງແມ່ນການສ້າງ “ເມກ” ຂອງອະຕອມຂອງໂຊດຽມ ຢູ່ທີ່ອຸນຫະພູມຕໍ່າສຸດໃກ້ກັບສູນຢ່າງແທ້ຈິງ (-273.15°C), ລັດອາຍແກັສພິເສດທີ່ເອີ້ນວ່າ Bose-Einstein condensate. ອີກອັນຫນຶ່ງແມ່ນເລເຊີທີ່ປັບຄວາມຖີ່ຂອງການສັ່ນສະເທືອນ (ເລເຊີສໍາລັບການຄວບຄຸມ) ແລະ irradiates ຟັງຂອງປະລໍາມະນູ sodium ກັບມັນ, ແລະເປັນຜົນມາຈາກ, ສິ່ງທີ່ incredible ເກີດຂຶ້ນ.
ທໍາອິດນັກວິທະຍາສາດໃຊ້ເລເຊີຄວບຄຸມເພື່ອບີບອັດແສງກໍາມະຈອນຢູ່ໃນເມຄຂອງປະລໍາມະນູ, ແລະຄວາມໄວແມ່ນຊ້າລົງທີ່ສຸດ. ໃນເວລານີ້, ເລເຊີຄວບຄຸມຖືກປິດ, ແສງກໍາມະຈອນຫາຍໄປ, ແລະຂໍ້ມູນທີ່ປະຕິບັດຢູ່ໃນແສງສະຫວ່າງກໍາມະຈອນຈະຖືກເກັບໄວ້ໃນເມຄຂອງປະລໍາມະນູ. . ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ມັນໄດ້ຖືກ irradiated ດ້ວຍເລເຊີຄວບຄຸມ, ແສງສະຫວ່າງກໍາມະຈອນແມ່ນຟື້ນຕົວ, ແລະມັນອອກຈາກເມຄຂອງປະລໍາມະນູ. ດັ່ງນັ້ນ, ກໍາມະຈອນທີ່ບີບອັດເບື້ອງຕົ້ນຖືກຍືດຍາວອີກເທື່ອຫນຶ່ງແລະຄວາມໄວຈະຖືກຟື້ນຟູ. ຂະບວນການທັງຫມົດຂອງການປ້ອນຂໍ້ມູນແສງສະຫວ່າງທີ່ມີກໍາມະຈອນເຂົ້າໄປໃນເມຄປະລໍາມະນູແມ່ນຄ້າຍຄືກັນກັບການອ່ານ, ເກັບຮັກສາ, ແລະຕັ້ງໃຫມ່ໃນຄອມພິວເຕີ, ສະນັ້ນເຕັກໂນໂລຊີນີ້ເປັນປະໂຫຍດສໍາລັບການ realization ຂອງຄອມພິວເຕີ quantum.

ໂລກຈາກ "femtosecond" ຫາ "attosecond"
Femtosecondsແມ່ນເກີນກວ່າຈິນຕະນາການຂອງພວກເຮົາ. ໃນປັດຈຸບັນພວກເຮົາກໍາລັງກັບຄືນສູ່ໂລກຂອງ attoseconds, ເຊິ່ງສັ້ນກວ່າ femtoseconds. A ແມ່ນຕົວຫຍໍ້ຂອງ SI prefix atto. 1 attosecond = 1 × 10^-18 ວິນາທີ = ຫນຶ່ງພັນຂອງ femtosecond. ກຳມະຈອນອັດຕະໂນມັດບໍ່ສາມາດເຮັດໄດ້ດ້ວຍແສງທີ່ເບິ່ງເຫັນໄດ້ເນື່ອງຈາກຄວາມຍາວຂອງແສງທີ່ສັ້ນກວ່າຈະຕ້ອງຖືກໃຊ້ເພື່ອເຮັດໃຫ້ກຳມະຈອນສັ້ນລົງ. ຕົວຢ່າງ, ໃນກໍລະນີຂອງການເຮັດໃຫ້ກໍາມະຈອນເຕັ້ນດ້ວຍແສງສີແດງ, ມັນເປັນໄປບໍ່ໄດ້ທີ່ຈະເຮັດໃຫ້ກໍາມະຈອນສັ້ນກວ່າຄວາມຍາວຄື່ນ. ແສງທີ່ເບິ່ງເຫັນໄດ້ມີຂີດຈຳກັດຢູ່ທີ່ປະມານ 2 femtoseconds, ເຊິ່ງການກຳມະຈອນໃນວິນາທີນັ້ນໃຊ້ແສງ x-rays ຫຼື rays gamma ທີ່ສັ້ນກວ່າ. ສິ່ງທີ່ຈະຖືກຄົ້ນພົບໃນອະນາຄົດໂດຍນໍາໃຊ້ກໍາມະຈອນ X-ray ວິນາທີແມ່ນບໍ່ຈະແຈ້ງ. ຕົວຢ່າງ, ການໃຊ້ກະພິບ attosecond ເພື່ອເບິ່ງພາບຊີວະໂມເລກຸນເຮັດໃຫ້ພວກເຮົາສາມາດສັງເກດເຫັນກິດຈະກໍາຂອງພວກມັນຢູ່ໃນຂອບເຂດທີ່ໃຊ້ເວລາສັ້ນທີ່ສຸດ, ແລະບາງທີອາດຊີ້ໃຫ້ເຫັນໂຄງສ້າງຂອງ biomolecules.