Fonte do artigo: Observação da indústria a laser compilada na Internet Um laser de femtossegundos é um dispositivo de geração de "luz de pulso ultra-curto" que emite luz para um tempo ultra-curto de apenas um trilhão de segundo. Fei é a abreviação do prefixo femto no sistema internacional de unidades e 1 femtossegundo = 1 × 10^-15 segundos. A chamada luz de pulso emite luz apenas por um momento. O tempo de emissão de luz do flash de uma câmera é de cerca de 1 microssegundo; portanto, a luz de pulso ultra-curto de femtossegundos tem apenas um bilionésimo de seu tempo para emitir luz. Como todos sabemos, a velocidade da luz voa a uma velocidade incomparável de 300.000 quilômetros por segundo (circulando a Terra sete e meia em um segundo). No entanto, em um femtossegundo, a luz apenas avança 0,3 mícrons.
Geralmente, usamos a fotografia flash para capturar o estado instantâneo de objetos em movimento. Da mesma forma, se você usar um laser de femtossegundos para piscar, é possível ver todos os fragmentos de uma reação química que ocorre a uma velocidade violenta. Para fazer isso, lasers de femtossegundos podem ser usados para estudar os mistérios das reações químicas.
As reações químicas gerais prosseguem após passar por um estado intermediário com alta energia, o chamado "estado ativado". A existência do estado ativado foi teoricamente prevista pelo químico Arrhenius já em 1889, mas como existia por um momento muito curto, não pôde ser observado diretamente. Mas sua existência foi demonstrada diretamente no final dos anos 80 por lasers de femtossegundos, um exemplo de uso de lasers de femtossegundos para identificar reações químicas. Por exemplo, a molécula de ciclopentanona se decompõe em monóxido de carbono e 2 moléculas de etileno no estado ativado.
Atualmente, os lasers de femtossegundos também são usados em uma ampla gama de campos, como física, química, ciências da vida, medicina e engenharia. Em particular, espera -se que a combinação de luz e eletrônica abra várias novas possibilidades nos campos de comunicações, computadores e energia. Isso ocorre porque a intensidade da luz pode transmitir grandes quantidades de informações de um lugar para outro, quase sem perda, tornando as comunicações ópticas ainda mais rápidas. No campo da física nuclear, os lasers de femtossegundos causaram um enorme impacto. Como a luz pulsada possui um campo elétrico muito forte, é possível acelerar os elétrons para fechar a velocidade da luz dentro de 1 femtossegundos, para que possa ser usada como um "acelerador" para acelerar elétrons.
Aplicação em medicina Como mencionado acima, no mundo dentro dos femtosegundos, mesmo a luz é congelada e não pode se mover muito longe, mas mesmo nessa escala de tempo, átomos e moléculas na matéria e elétrons dentro dos chips de computador ainda estão se movendo dentro do circuito. Se você usar um pulso de femtossegundos, poderá detê -lo instantaneamente e estudar o que acontece. Além de piscar para o tempo de parada, os lasers de femtossegundos também podem perfurar micro -furos em metal com um diâmetro tão pequeno quanto 200 nanômetros (dois dez milésimos de milímetros). Isso significa que a luz de pulso ultra-curto que é compactada e travada por dentro em um curto período de tempo alcança um efeito incrível da saída ultra-alta sem causar danos adicionais ao ambiente. Além disso, a luz pulsada dos lasers de femtossegundos pode capturar imagens tridimensionais de objetos com detalhes extremamente finos. A fotografia de imagem estereoscópica é muito útil no diagnóstico médico, abrindo assim um novo campo de pesquisa chamado tomografia de interferência óptica. Esta é uma imagem tridimensional do tecido vivo e das células vivas capturadas usando um laser de femtossegundos. Por exemplo, um pulso de luz muito curto é direcionado para a pele. A luz do pulso é refletida na superfície da pele, e parte da luz do pulso é emitida na pele. O interior da pele é composto de muitas camadas. A luz de pulso que entra na pele é recuperada como uma pequena luz de pulso. Dos ecos dessas várias luzes de pulso na luz refletida, a estrutura interna da pele pode ser conhecida.
Além disso, essa tecnologia tem grande praticidade na medicina oftálmica, capaz de capturar imagens tridimensionais da retina profundamente nos olhos. Isso permite que os médicos diagnostiquem problemas com seus tecidos. Esse tipo de exame não se limita aos olhos. Se um laser for enviado para o corpo usando fibra óptica, ele poderá examinar todos os tecidos de vários órgãos do corpo. No futuro, pode até ser possível detectar se ele se transformou em câncer.
Percebendo relógios ultraprecisos Os cientistas acreditam que, se a luz visível for usada para fazer um relógio de femtossegundos a laser, poderá medir o tempo com mais precisão do que um relógio atômico e servirá como o relógio mais preciso do mundo nos próximos anos. Se o relógio for preciso, também melhora muito a precisão do GPS (sistema de posicionamento global) usado para navegação por carros.
Por que a luz visível pode fazer um relógio preciso? Todos os relógios e relógios são indispensáveis para o movimento de pêndulos e engrenagens. Através do balanço de um pêndulo com uma frequência de vibração precisa, as engrenagens giram por segundos e relógios precisos não são exceção. Portanto, para fazer um relógio mais preciso, é necessário usar um pêndulo com uma frequência de vibração mais alta. Relógios de quartzo (relógios que usam oscilação de cristal em vez de um pêndulo) são mais precisos que os relógios de pêndulo porque o ressonador de quartzo oscila mais vezes por segundo.
O relógio atômico do césio atualmente usado como padrão de tempo tem uma frequência de oscilação de cerca de 9,2 gigahertz (o prefixo da unidade internacional de Gigahertz, 1 gigahertz = 10^9). O relógio atômico usa a frequência de oscilação natural dos átomos de césio e substitui o pêndulo por microondas cuja frequência de oscilação é consistente. Sua precisão é apenas um segundo em dezenas de milhões de anos. Por outro lado, a luz visível tem uma frequência de oscilação de 100.000 a 1.000.000 vezes maior que a frequência de oscilação de microondas. Ou seja, a energia luminosa visível pode ser usada para criar relógios de precisão que são milhões de vezes mais precisos que os relógios atômicos. O relógio mais preciso do mundo que usa luz visível agora foi construído com sucesso em um laboratório.
A teoria da relatividade de Einstein pode ser verificada com a ajuda desse relógio preciso. Colocamos um relógio preciso no laboratório e o outro no escritório no andar de baixo e consideramos possíveis situações. Após uma ou duas horas, o resultado foi o previsto pela teoria da relatividade de Einstein. Devido aos dois, existem diferentes "campos gravitacionais" entre os pisos, de modo que os dois relógios não apontam mais ao mesmo tempo, e o relógio no andar de baixo corre mais devagar que o relógio no andar de cima. Se um relógio mais preciso fosse usado, talvez até os relógios usados no pulso e no tornozelo contassem diferentes momentos naquele dia. Podemos simplesmente experimentar o charme da relatividade com a ajuda de relógios precisos.
Velocidade de velocidade de velocidade de desaceleração Em 1999, o professor Rainer Howe, da Universidade de Hubbard, nos Estados Unidos, diminuiu com sucesso a luz para 17 metros por segundo, uma velocidade com que os carros podem alcançar e depois diminuíram com sucesso a luz para uma velocidade com que até as bicicletas podem alcançar. Este experimento envolve a pesquisa de ponta em física. Este artigo apresenta apenas duas chaves para o sucesso do experimento. Uma é construir uma "nuvem" de átomos de sódio extremamente baixa em temperatura próxima ao zero absoluto (-273,15 ° C), um estado de gás especial chamado condensado de Bose-Einstein. O outro é um laser que ajusta a frequência de vibração (laser de controle) e o usa para iluminar uma nuvem de átomos de sódio, e algo incrível acontece.
Os cientistas primeiro usam um laser de controle para comprimir a luz de pulso na nuvem de átomos e diminuí -lo extremamente. Então eles desligam o laser de controle e a luz do pulso desaparece. As informações transportadas na luz do pulso são armazenadas na nuvem de átomos. . Em seguida, é irradiado com um laser controlado, e a luz do pulso é restaurada e sai da nuvem de átomos. Como resultado, o pulso originalmente comprimido é ampliado novamente e a velocidade é restaurada. Todo o processo de entrada de informações de luz pulsado na nuvem atômica é muito semelhante à leitura, armazenamento e redefinição em um computador. Portanto, essa tecnologia pode ajudar a realizar a realização de computadores quânticos.
Do mundo de "femtossegundo" a "Attosegund" Os femtossegundos estão além da nossa imaginação. Agora, estamos nos aventurando no mundo dos atossegundos, que são mais curtos que os femtossegundos. Ah é a abreviação do prefixo "atto" do sistema internacional de unidades. 1 Attossegundo = 1 × 10^-18 segundos = um milésimo de um femtossegundo. Os pulsos de altos segundos não podem ser feitos com luz visível, porque o encurtamento dos pulsos requer o uso da luz mais curta do comprimento de onda. Por exemplo, se você deseja criar um pulso usando luz visível vermelha, é impossível criar um pulso mais curto que o comprimento de onda. A luz visível possui um limite de cerca de 2 femtossegundos, portanto, os pulsos da atosagundos usam raios-X ou raios gama com comprimentos de onda mais curtos. Não está claro o que será descoberto no futuro usando pulsos de raios-X Attossegundos. Por exemplo, o uso de flashes do Attossegund para visualizar biomoléculas nos permite observar suas atividades em uma escala de tempo muito curta e talvez identificar a estrutura das biomoléculas.
