femtosaniye Lazer

A femtosaniye lazersadece yaklaşık bir gigasaniyelik ultra kısa bir süre için ışık yayan "ultra kısa darbeli ışık" üreten bir cihazdır. Fei, Uluslararası Birimler Sisteminin öneki olan Femto'nun kısaltmasıdır ve 1 femtosaniye = 1×10^-15 saniyedir. Sözde darbeli ışık, yalnızca bir an için ışık yayar. Bir kameranın flaşının ışık yayma süresi yaklaşık 1 mikrosaniyedir, bu nedenle femtosaniyelik ultra kısa darbe ışığı, zamanının yalnızca milyarda biri kadar ışık yayar. Hepimizin bildiği gibi, ışığın hızı benzersiz bir hızda saniyede 300.000 kilometredir (1 saniyede 7 buçuk daire dünyayı sarar), ancak 1 femtosaniyede ışık bile sadece 0,3 mikron ilerler.

Çoğu zaman, flaşlı fotoğrafçılıkla, hareketli bir nesnenin anlık durumunu kesebiliriz. Aynı şekilde, bir femtosaniye lazer parlatılırsa, şiddetli bir hızla ilerlerken bile kimyasal reaksiyonun her parçasını görmek mümkündür. Bu amaçla, kimyasal reaksiyonların gizemini incelemek için femtosaniye lazerler kullanılabilir.
Genel kimyasal reaksiyonlar, "aktive durum" olarak adlandırılan yüksek enerjili bir ara durumdan geçtikten sonra gerçekleştirilir. Etkinleştirilmiş bir durumun varlığı, teorik olarak kimyager Arrhenius tarafından 1889 gibi erken bir tarihte tahmin edildi, ancak çok kısa bir süre için var olduğu için doğrudan gözlemlenemez. Ancak varlığı, 1980'lerin sonlarında femtosaniye lazerler tarafından doğrudan gösterildi, kimyasal reaksiyonların femtosaniye lazerlerle nasıl belirlenebileceğinin bir örneği. Örneğin, siklopentanon molekülü, aktive edilmiş halde karbon monoksit ve 2 etilen molekülüne ayrışır.
Femtosaniye lazerler artık başta ışık ve elektronik olmak üzere fizik, kimya, yaşam bilimleri, tıp ve mühendislik gibi çok çeşitli alanlarda da kullanılmaktadır. Bunun nedeni, ışığın yoğunluğunun büyük miktarda bilgiyi bir yerden diğerine neredeyse hiç kayıp olmadan iletebilmesi ve optik iletişimi daha da hızlandırabilmesidir. Nükleer fizik alanında femtosaniye lazerler büyük bir etki yarattı. Darbeli ışık çok güçlü bir elektrik alanına sahip olduğundan, elektronları 1 femtosaniye içinde ışık hızına yakın bir hıza çıkarmak mümkündür, bu nedenle elektronları hızlandırmak için bir "hızlandırıcı" olarak kullanılabilir.

Tıpta uygulama
Yukarıda bahsedildiği gibi, femtosaniye dünyasında ışık bile donmuştur, bu yüzden çok uzağa gidemez, ancak bu zaman ölçeğinde bile, atomlar, maddedeki moleküller ve bilgisayar çiplerinin içindeki elektronlar hala devrelerde hareket etmektedir. Femtosaniye darbesi onu anında durdurmak için kullanılabiliyorsa, ne olduğunu inceleyin. Durmak için yanıp sönme süresine ek olarak, femtosaniye lazerler metalde 200 nanometre (milimetrenin 2/10.000'i) kadar küçük küçük delikler açabilir. Bu, kısa sürede sıkıştırılan ve içeride kilitlenen ultra kısa darbeli ışığın inanılmaz bir ultra yüksek çıkış etkisi elde ettiği ve çevreye ek hasar vermediği anlamına gelir. Ayrıca, femtosaniye lazerin darbeli ışığı, nesnelerin son derece ince stereoskopik görüntülerini alabilir. Stereoskopik görüntüleme tıbbi tanıda çok faydalıdır, bu nedenle optik girişim tomografisi adı verilen yeni bir araştırma alanı açar. Bu, femtosaniye lazerle alınan canlı doku ve canlı hücrelerin stereoskopik görüntüsüdür. Örneğin, cilde çok kısa bir ışık darbesi hedeflenir, darbeli ışık cilt yüzeyinden yansıtılır ve darbeli ışığın bir kısmı cilde enjekte edilir. Derinin içi birçok katmandan oluşur ve cilde giren darbeli ışık küçük bir darbeli ışık olarak geri seker ve cildin iç yapısı bu çeşitli darbeli ışığın yansıyan ışıktaki yankılarından bilinebilir.
Ek olarak, bu teknolojinin oftalmolojide büyük faydası vardır ve gözün derinliklerindeki retinanın stereoskopik görüntülerini alabilmektedir. Bu, doktorların dokularında bir sorun olup olmadığını teşhis etmelerini sağlar. Bu muayene türü sadece gözle sınırlı değildir. Vücuda bir fiber optik ile lazer gönderilirse vücuttaki çeşitli organların tüm dokularını incelemek, hatta ileride kanser olup olmadığını kontrol etmek bile mümkün olabilir.

Ultra hassas bir saat uygulamak
Bilim adamları, eğer birfemtosaniye lazerGörünür ışık kullanılarak yapılan saat, zamanı atomik saatlerden daha hassas bir şekilde ölçebilecek ve önümüzdeki yıllarda dünyanın en doğru saati olacak. Saat doğruysa, araç navigasyonu için kullanılan GPS'in (Küresel Konumlandırma Sistemi) doğruluğu da büyük ölçüde iyileştirilir.
Görünür ışık neden kesin bir saat yapabilir? Tüm saatler ve saatler, bir sarkacın ve bir dişlinin hareketinden ayrılamaz ve sarkacın hassas bir titreşim frekansıyla salınımı sayesinde, dişli saniyeler boyunca döner ve doğru bir saat istisna değildir. Bu nedenle daha doğru bir saat yapabilmek için daha yüksek titreşim frekansına sahip bir sarkaç kullanmak gerekir. Kuvars saatler (sarkaç yerine kristallerle salınan saatler) sarkaçlı saatlerden daha doğrudur çünkü kuvars rezonatörü saniyede daha fazla salınır.
Artık zaman standardı olan sezyum atom saati, yaklaşık 9.2 gigahertz frekansında salınır (uluslararası giga biriminin öneki, 1 giga = 10^9). Atom saati, sarkacı aynı salınım frekansına sahip mikrodalgalarla değiştirmek için sezyum atomlarının doğal salınım frekansını kullanır ve doğruluğu on milyonlarca yılda sadece 1 saniyedir. Buna karşılık, görünür ışık, mikrodalgalardan 100.000 ila 1.000.000 kat daha yüksek bir salınım frekansına sahiptir, yani atom saatlerinden milyonlarca kat daha doğru olan hassas bir saat oluşturmak için görünür ışık enerjisini kullanır. Görünür ışık kullanan dünyanın en hassas saati artık laboratuvarda başarıyla oluşturuldu.
Bu kesin saatin yardımıyla Einstein'ın görelilik teorisi doğrulanabilir. Bu hassas saatlerden birini laboratuvara, diğerini alt kattaki ofise koyduk, ne olabileceğini göz önünde bulundurarak, bir veya iki saat sonra sonuç Einstein'ın görelilik teorisinin öngördüğü gibiydi, çünkü ikisi farklı "yerçekimi alanı" var. "Katlar arasında, iki saat artık aynı zamanı göstermiyor ve alt kattaki saat üst kattakinden daha yavaş çalışıyor. Daha doğru bir saatle, o gün bilek ve ayak bileğindeki saat bile farklı olabilirdi. Doğru saatlerin yardımıyla göreliliğin büyüsünü deneyimleyebiliriz.

Işık hızı yavaşlatma teknolojisi
1999 yılında Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Hubbard Üniversitesi'nden Profesör Rainer Howe, ışığı başarılı bir şekilde saniyede 17 metreye, yani bir arabanın yakalayabileceği bir hıza indirdi ve ardından başarılı bir şekilde, bir bisikletin bile yakalayabileceği bir seviyeye yavaşladı. Bu deney, fizikteki en modern araştırmaları içerir ve bu makale, deneyin başarısının yalnızca iki anahtarını sunar. Biri, Bose-Einstein yoğuşması adı verilen özel bir gaz durumu olan mutlak sıfıra (-273,15 °C) yakın son derece düşük bir sıcaklıkta sodyum atomlarından oluşan bir "bulut" oluşturmaktır. Diğeri, titreşim frekansını modüle eden (kontrol için lazer) ve onunla bir sodyum atomu bulutu ışınlayan bir lazerdir ve sonuç olarak inanılmaz şeyler olur.
Bilim adamları, atom bulutundaki darbeli ışığı sıkıştırmak için önce kontrol lazerini kullanırlar ve hız aşırı derecede yavaşlar. Bu sırada kontrol lazeri kapatılır, darbeli ışık kaybolur ve darbeli ışıkta taşınan bilgiler atom bulutunda depolanır. . Daha sonra bir kontrol lazeri ile ışınlanır, darbeli ışık geri kazanılır ve atom bulutunun dışına çıkar. Böylece orijinal olarak sıkıştırılmış darbe tekrar gerilir ve hız geri yüklenir. Bir atomik buluta darbeli ışık bilgisi girme sürecinin tamamı, bir bilgisayarda okuma, depolama ve sıfırlamaya benzer, bu nedenle bu teknoloji kuantum bilgisayarların gerçekleştirilmesi için yararlıdır.

"Femtosaniye"den "attosaniye"ye dünya
femtosaniyehayal gücümüzün ötesindedir. Şimdi, femtosaniyeden daha kısa olan attosaniye dünyasına geri döndük. A, atto SI önekinin kısaltmasıdır. 1 attosaniye = 1 × 10^-18 saniye = femtosaniyenin binde biri. Attosaniye darbeleri görünür ışıkla yapılamaz çünkü darbeyi kısaltmak için daha kısa dalga boyları kullanılmalıdır. Örneğin kırmızı görünür ışık ile darbe yapılması durumunda, bu dalga boyundan daha kısa darbeler yapmak mümkün değildir. Görünür ışığın yaklaşık 2 femtosaniyelik bir sınırı vardır, bunun için attosaniye darbeleri daha kısa dalga boylu x-ışınları veya gama ışınları kullanır. Attosaniye X-ışını darbeleri kullanılarak gelecekte ne keşfedileceği belirsizdir. Örneğin, biyomolekülleri görselleştirmek için attosaniye flaşlarının kullanılması, onların aktivitelerini son derece kısa zaman ölçeklerinde gözlemlememizi ve belki de biyomoleküllerin yapısını tam olarak belirlememizi sağlar.