फेमटोसेकेन्ड लेजर

A femtosecond लेजरयो एक "अल्ट्रासर्ट पल्स लाइट" उत्पादन गर्ने उपकरण हो जसले लगभग एक गिगासेकेन्डको अल्ट्रासर्ट समयको लागि मात्र प्रकाश उत्सर्जन गर्दछ। Fei Femto को संक्षिप्त रूप हो, एकाइहरूको अन्तर्राष्ट्रिय प्रणालीको उपसर्ग, र 1 femtosecond = 1×10^-15 सेकेन्ड। तथाकथित स्पंदित प्रकाशले एक क्षणको लागि मात्र प्रकाश उत्सर्जन गर्दछ। क्यामेराको फ्ल्यासको प्रकाश उत्सर्जन गर्ने समय लगभग 1 माइक्रोसेकेन्ड हुन्छ, त्यसैले फेमटोसेकेन्डको अल्ट्रा-सर्ट पल्स लाइटले यसको समयको लगभग एक अरबौं भाग मात्र प्रकाश उत्सर्जन गर्दछ। हामी सबैलाई थाहा छ, प्रकाशको गति 300,000 किलोमिटर प्रति सेकेन्ड (1 सेकेन्डमा पृथ्वीको 7 र साढे सर्कल) एक अतुलनीय गतिमा छ, तर 1 फेम्टोसेकेन्डमा, प्रकाश पनि 0.3 माइक्रोनले मात्र अगाडि बढ्छ।

प्रायः, फ्ल्यास फोटोग्राफीको साथ हामी गतिशील वस्तुको क्षणिक अवस्था काट्न सक्षम हुन्छौं। त्यस्तै गरी, यदि फेमटोसेकेन्ड लेजर फ्ल्याश गरिएको छ भने, यो हिंसक गतिमा अगाडि बढ्दा पनि रासायनिक प्रतिक्रियाको प्रत्येक टुक्रा देख्न सम्भव छ। यस अन्तमा, फेमटोसेकेन्ड लेजरहरू रासायनिक प्रतिक्रियाहरूको रहस्य अध्ययन गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ।
सामान्य रासायनिक प्रतिक्रियाहरू उच्च ऊर्जा, तथाकथित "सक्रिय अवस्था" भएको मध्यवर्ती अवस्थाबाट गुज्रिएपछि गरिन्छ। सक्रिय राज्यको अस्तित्व सैद्धान्तिक रूपमा 1889 को रूपमा रसायनशास्त्री Arrhenius द्वारा भविष्यवाणी गरिएको थियो, तर यो प्रत्यक्ष रूपमा अवलोकन गर्न सकिँदैन किनभने यो धेरै छोटो समयको लागि अवस्थित छ। तर यसको अस्तित्व 1980 को दशकको अन्तमा फेमटोसेकेन्ड लेजरहरू द्वारा प्रत्यक्ष रूपमा प्रदर्शन गरिएको थियो, कसरी रासायनिक प्रतिक्रियाहरू फेमटोसेकेन्ड लेजरहरूसँग पिन पोइन्ट गर्न सकिन्छ भन्ने उदाहरण। उदाहरण को लागी, cyclopentanone अणु सक्रिय अवस्था द्वारा कार्बन मोनोअक्साइड र 2 ethylene अणुहरु मा विघटन गरिएको छ।
Femtosecond लेजरहरू अब भौतिक विज्ञान, रसायन विज्ञान, जीवन विज्ञान, चिकित्सा, र ईन्जिनियरिङ्, विशेष गरी प्रकाश र इलेक्ट्रोनिक्स जस्ता क्षेत्रहरूको एक विस्तृत श्रृंखलामा प्रयोग गरिन्छ। यो किनभने प्रकाशको तीव्रताले धेरै मात्रामा जानकारी एक ठाउँबाट अर्को ठाउँमा लगभग कुनै हानि बिना प्रसारण गर्न सक्छ, अप्टिकल संचारलाई थप गति दिन्छ। आणविक भौतिक विज्ञानको क्षेत्रमा, फेमटोसेकेन्ड लेजरहरूले ठूलो प्रभाव ल्याएका छन्। स्पंदित प्रकाशको धेरै बलियो बिजुली क्षेत्र भएकोले, 1 फेमटोसेकेन्ड भित्रमा प्रकाशको गतिको नजिक इलेक्ट्रोनहरूलाई गति दिन सम्भव छ, त्यसैले यसलाई इलेक्ट्रोनहरूलाई गति दिनको लागि "त्वरक" को रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ।

चिकित्सा मा आवेदन
माथि उल्लेख गरिएझैं, फेमटोसेकेन्ड संसारमा पनि प्रकाश जमेको छ जसले गर्दा यो धेरै टाढा जान सक्दैन, तर यस समयमा पनि, परमाणुहरू, पदार्थमा अणुहरू, र कम्प्युटर चिपहरू भित्र इलेक्ट्रोनहरू अझै पनि सर्किटहरूमा घुमिरहेका छन्। यदि फेमटोसेकेन्ड पल्स यसलाई तुरुन्तै रोक्न प्रयोग गर्न सकिन्छ भने, के हुन्छ अध्ययन गर्नुहोस्। फ्ल्यासिङ समय रोक्नको लागि, फेमटोसेकेन्ड लेजरहरूले 200 न्यानोमिटर (मिलिमिटरको 2/10,000 औं) व्यास जति सानो प्वालहरू ड्रिल गर्न सक्षम छन्। यसको मतलब यो छ कि अल्ट्रा-सर्ट पल्स लाइट जुन कम्प्रेस गरिएको छ र छोटो समय भित्र भित्र लक हुन्छ अल्ट्रा-हाई आउटपुटको अद्भुत प्रभाव प्राप्त गर्दछ, र वरपरको अतिरिक्त क्षति गर्दैन। यसबाहेक, फेमटोसेकेन्ड लेजरको स्पंदित प्रकाशले वस्तुहरूको अत्यन्तै राम्रो स्टेरियोस्कोपिक छविहरू लिन सक्छ। स्टेरियोस्कोपिक इमेजिङ चिकित्सा निदानमा धेरै उपयोगी छ, यसरी अप्टिकल हस्तक्षेप टोमोग्राफी भनिने अनुसन्धानको नयाँ क्षेत्र खोल्छ। यो फेमटोसेकेन्ड लेजरको साथ लिइएको जीवित तन्तु र जीवित कोशिकाहरूको स्टेरियोस्कोपिक छवि हो। उदाहरण को लागी, प्रकाश को एक धेरै छोटो पल्स छाला को उद्देश्य हो, स्पंदित प्रकाश छाला को सतह देखि प्रतिबिम्बित छ, र स्पंदित प्रकाश को एक भाग छाला मा इंजेक्शन छ। छालाको भित्री भाग धेरै तहहरू मिलेर बनेको हुन्छ, र छालामा प्रवेश गर्ने स्पंदित प्रकाश सानो स्पंदित प्रकाशको रूपमा फिर्ता हुन्छ, र छालाको आन्तरिक संरचना प्रतिबिम्बित प्रकाशमा यी विभिन्न स्पंदित प्रकाशहरूको प्रतिध्वनिबाट थाहा पाउन सकिन्छ।
थप रूपमा, यो प्रविधिको नेत्र विज्ञानमा ठूलो उपयोगिता छ, आँखाको गहिराइमा रेटिनाको स्टेरियोस्कोपिक छविहरू लिन सक्षम छ। यसले डाक्टरहरूलाई उनीहरूको तन्तुमा समस्या छ कि छैन भनेर निदान गर्न अनुमति दिन्छ। यस प्रकारको परीक्षा आँखामा मात्र सीमित छैन। यदि अप्टिकल फाइबरको साथ लेजर शरीरमा पठाइन्छ भने, शरीरका विभिन्न अंगका सबै तन्तुहरू जाँच गर्न सम्भव छ, र भविष्यमा क्यान्सर भयो कि भनेर जाँच गर्न पनि सम्भव छ।

अल्ट्रा-सटीक घडी लागू गर्दै
वैज्ञानिकहरू विश्वास गर्छन् कि यदि एfemtosecond लेजरयो घडी दृश्य प्रकाश प्रयोग गरेर बनाइएको हो, यसले परमाणु घडीहरू भन्दा बढी सटीक रूपमा समय मापन गर्न सक्षम हुनेछ, र यो आगामी वर्षहरूको लागि संसारको सबैभन्दा सटीक घडी हुनेछ। यदि घडी सही छ भने, कार नेभिगेसनको लागि प्रयोग गरिने GPS (ग्लोबल पोजिसनिङ सिस्टम) को शुद्धता पनि धेरै सुधारिएको छ।
किन दृश्य प्रकाशले सटीक घडी बनाउन सक्छ? सबै घडीहरू र घडीहरू पेन्डुलम र गियरको आन्दोलनबाट अविभाज्य हुन्छन्, र सटीक कम्पन आवृत्तिको साथ पेन्डुलमको दोलन मार्फत, गियर सेकेन्डको लागि घुम्छ, र एक सटीक घडी कुनै अपवाद छैन। त्यसकारण, थप सटीक घडी बनाउनको लागि, उच्च कम्पन आवृत्तिको साथ पेंडुलम प्रयोग गर्न आवश्यक छ। क्वार्ट्ज घडीहरू (पेंडुलमको सट्टा क्रिस्टलसँग ओसिलिट हुने घडीहरू) पेंडुलम घडीहरू भन्दा बढी सटीक हुन्छन् किनभने क्वार्ट्ज रेजोनेटर प्रति सेकेन्ड धेरै पटक दोहोर्याउँछ।
सिजियम परमाणु घडी, जुन अब समय मानक हो, लगभग 9.2 गीगाहर्ट्ज (अन्तर्राष्ट्रिय इकाई giga को उपसर्ग, 1 giga = 10^9) को फ्रिक्वेन्सीमा दोलन हुन्छ। आणविक घडीले पेन्डुलमलाई उही दोलन आवृत्तिको साथ माइक्रोवेभहरू प्रतिस्थापन गर्न सिजियम परमाणुहरूको प्राकृतिक दोलन आवृत्ति प्रयोग गर्दछ, र यसको शुद्धता दशौं लाख वर्षहरूमा मात्र 1 सेकेन्ड हो। यसको विपरित, दृश्य प्रकाशको दोलन आवृत्ति माइक्रोवेभको तुलनामा 100,000 देखि 1,000,000 गुणा बढी हुन्छ, अर्थात्, एक सटीक घडी सिर्जना गर्न दृश्य प्रकाश ऊर्जा प्रयोग गरी परमाणु घडीहरू भन्दा लाखौं गुणा बढी सटीक हुन्छ। दृश्य प्रकाश प्रयोग गर्ने विश्वको सबैभन्दा सटीक घडी अब प्रयोगशालामा सफलतापूर्वक निर्माण गरिएको छ।
यस सटीक घडीको मद्दतले आइन्स्टाइनको सापेक्षताको सिद्धान्त प्रमाणित गर्न सकिन्छ। हामीले यी मध्ये एउटा सटीक घडी प्रयोगशालामा र अर्को तलको कार्यालयमा राख्यौं, के हुन सक्छ भनेर विचार गर्दै, एक वा दुई घण्टा पछि, नतिजा आइन्स्टाइनको सापेक्षताको सिद्धान्तले भविष्यवाणी गरेजस्तै भयो, किनभने दुई फरक "गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रहरू छन्। " भुइँको बीचमा, दुई घडीहरू अब एकै समयलाई संकेत गर्दैन, र तलको घडी माथिल्लो तलाको भन्दा ढिलो चल्छ। अझ सटीक घडीको साथ, सायद त्यो दिन नाडी र खुट्टाको समय फरक हुन सक्छ। हामीले सही घडीको सहायताले सापेक्षताको जादू अनुभव गर्न सक्छौं।

प्रकाश गति कम गर्ने प्रविधि
1999 मा, संयुक्त राज्य अमेरिकाको हबर्ड विश्वविद्यालयका प्रोफेसर रेनर होवेले सफलतापूर्वक प्रकाशलाई 17 मिटर प्रति सेकेन्डमा घटाए, जुन गति कारले समात्न सक्छ, र त्यसपछि सफलतापूर्वक साइकलले पनि समात्न सक्ने स्तरमा ढिलो गर्यो। यस प्रयोगले भौतिक विज्ञानमा सबैभन्दा अत्याधुनिक अनुसन्धान समावेश गर्दछ, र यो लेखले प्रयोगको सफलताको लागि दुईवटा कुञ्जीहरू मात्र परिचय गराउँछ। एउटा भनेको निरपेक्ष शून्य (-२७३.१५ डिग्री सेल्सियस) नजिकको अत्यन्तै कम तापक्रममा सोडियम परमाणुहरूको "क्लाउड" निर्माण गर्नु हो, बोस-आइन्स्टाइन कन्डेनसेट भनिने विशेष ग्यास अवस्था। अर्को एउटा लेजर हो जसले कम्पन आवृत्ति (नियन्त्रणको लागि लेजर) लाई परिमार्जन गर्दछ र यसको साथ सोडियम परमाणुहरूको बादललाई विकिरण गर्दछ, र परिणाम स्वरूप, अविश्वसनीय चीजहरू हुन्छन्।
वैज्ञानिकहरूले पहिले कन्ट्रोल लेजर प्रयोग गरेर परमाणुको क्लाउडमा स्पंदित प्रकाश कम्प्रेस गर्न प्रयोग गर्छन्, र गति अत्यन्तै कम हुन्छ। यस समयमा, नियन्त्रण लेजर बन्द छ, स्पंदित प्रकाश गायब हुन्छ, र स्पंदित प्रकाशमा लगाइएको जानकारी परमाणुहरूको बादलमा भण्डार गरिएको छ। । त्यसपछि यसलाई नियन्त्रण लेजरको साथ विकिरण गरिन्छ, स्पंदित प्रकाश पुन: प्राप्त हुन्छ, र यो परमाणुहरूको बादलबाट बाहिर जान्छ। त्यसैले मूल रूपमा संकुचित पल्स फेरि फैलिएको छ र गति पुनर्स्थापित हुन्छ। परमाणु क्लाउडमा स्पंदित प्रकाश जानकारी प्रविष्ट गर्ने सम्पूर्ण प्रक्रिया कम्प्युटरमा पढ्ने, भण्डारण गर्ने र रिसेट गर्ने जस्तै छ, त्यसैले यो प्रविधि क्वान्टम कम्प्युटरहरूको प्राप्तिको लागि उपयोगी छ।

संसार "femtosecond" बाट "attosecond" सम्म
फेमटोसेकेन्डहाम्रो कल्पना बाहिर छन्। अब हामी एटोसेकेन्डको संसारमा फर्केका छौं, जुन फेमटोसेकेन्ड भन्दा छोटो छ। A SI उपसर्ग atto को लागि एक संक्षिप्त रूप हो। 1 एटोसेकेन्ड = 1 × 10^-18 सेकेन्ड = फेमटोसेकेन्डको एक हजारौं। एटोसेकेन्ड पल्सहरू दृश्य प्रकाशको साथ बनाउन सकिँदैन किनभने पल्स छोटो गर्न प्रकाशको छोटो तरंग लम्बाइ प्रयोग गर्नुपर्छ। उदाहरण को लागी, रातो देखिने प्रकाश संग दाल बनाउन को लागी, त्यो तरंगदैर्ध्य भन्दा कम दाल बनाउन असम्भव छ। दृश्य प्रकाशको सीमा लगभग २ फेमटोसेकेन्ड हुन्छ, जसको लागि एटोसेकेन्ड पल्सले छोटो तरंग लम्बाइको एक्स-रे वा गामा किरणहरू प्रयोग गर्दछ। एटोसेकेन्ड एक्स-रे पल्स प्रयोग गरेर भविष्यमा के पत्ता लगाइन्छ भन्ने स्पष्ट छैन। उदाहरणका लागि, जैविक अणुहरू कल्पना गर्नको लागि एटोसेकेन्ड फ्ल्याशहरूको प्रयोगले हामीलाई तिनीहरूको गतिविधिलाई अत्यन्त छोटो समयको स्केलमा अवलोकन गर्न, र सायद बायोमोलिक्युलहरूको संरचनालाई इंगित गर्न सक्षम बनाउँछ।