Feidhm Léasair Femtosecond

Is gléasanna ginte "solas ultra-ghearr bíogach" iad léasair femtosecond a astaíonn solas ar feadh tréimhse ultra-ghearr ama nach bhfuil ach thart ar gigabít amháin sa soicind. Is é Femto an giorrúchán ar chóras idirnáisiúnta na n-aonad femto (femto), 1 femtosecond=1 × 10^-15 soicind. Níl an solas pulsed mar a thugtar air ach i nóiméad chun solas a scaoileadh. Is é an t-am astaithe solais a bhaineann le splanc an cheamara ná thart ar 1 microsecond, agus mar sin níl ach thart ar aon billiúnú cuid dá chuid ama ag cuisle ultra-ghearr an tsolais femtosecond chun solas a scaoileadh. Mar is eol dúinn go léir, is é luas an tsolais ná 300,000 ciliméadar in aghaidh an tsoicind (7 seachtaine go leith timpeall an domhain i 1 soicind) luas gan sárú, ach le linn 1 femtosecond níl fiú solas ach 0.3 miocrón ar aghaidh.
De ghnáth, bainimid úsáid as splanc-ghrianghrafadóireacht le bheith in ann staid mheandarach an ruda atá ag gluaiseacht a ghearradh. Ar an gcaoi chéanna, le splanc léasair femtosecond, is féidir gach blúire d'imoibriú ceimiceach atá ar siúl ag luas foréigneach a fheiceáil. Ar an gcúis seo, is féidir léasair femtosecond a úsáid chun staidéar a dhéanamh ar rúndiamhra imoibrithe ceimiceacha.
Tarlaíonn imoibrithe ceimiceacha i gcoitinne tar éis staid idirmheánach ardfhuinnimh, an "stát gníomhachtaithe" mar a thugtar air. Bhí an stát gníomhachtúcháin tuartha go teoiriciúil ag an gceimiceoir Arrhenius i 1889, ach níorbh fhéidir é a fheiceáil go díreach toisc go raibh sé ann in achar an-ghearr. Mar sin féin, léiríodh go raibh sé ann go díreach le léasair femtosecond go déanach sna 1980í, agus is sampla é seo d'imoibriú ceimiceach a aithníodh le léasair femtosecond. Mar shampla, dianscaoileadh móilín cyclopentanone isteach i aonocsaíd charbóin agus dhá mhóilín eitiléine i stát gníomhachtaithe.
Sa lá atá inniu ann, úsáidtear léasair femtosecond freisin i raon leathan réimsí cosúil le fisic, ceimic, eolaíochtaí beatha, leigheas, innealtóireacht, etc. Go háirithe, téann solas agus leictreonaic lámh ar láimh agus táthar ag súil go n-osclóidh siad gach cineál féidearthachtaí nua i. réimse na cumarsáide nó ríomhairí agus fuinnimh. Tá sé seo toisc gur féidir le déine an tsolais méid mór faisnéise a tharchur ó áit amháin go ceann eile beagnach gan aon chaillteanas, rud a fhágann go bhfuil cumarsáid optúil ag luas ard. I réimse na fisice núicléach, tá tionchar mór déanta ag léasair femtosecond. Toisc go bhfuil réimse leictreach an-láidir ag solas pulsed, is féidir leictreoin a luasghéarú chun luas an tsolais a dhúnadh i 1 femtosecond, agus mar sin is féidir é a úsáid mar "chos gáis" chun leictreoin a luathú.
Feidhmchláir leighis
Mar a luadh thuas, tá an domhan i femtoseconds chomh reoite nach féidir fiú solas bogadh i bhfad, ach fiú ag an scála ama, adaimh agus móilíní ábhar agus leictreoin i gciorcaid taobh istigh sliseanna ríomhaire fós ag gluaiseacht. Má úsáideann tú bíoga femtosecond is féidir leat stop a chur láithreach agus staidéar a dhéanamh ar a bhfuil ag tarlú. I dteannta le flashes a stopann am, tá léasair femtosecond in ann poill micreascópacha a dhruileáil i miotail síos go dtí 200 nanaiméadar (dhá mhíleithe de milliméadar) ar trastomhas. Ciallaíonn sé seo go bhfaigheann na bíoga ultrashort solais atá comhbhrúite agus faoi ghlas taobh istigh ar feadh tréimhse ghearr ama aschur iontach ard gan damáiste breise don cheantar máguaird. Ina theannta sin, tá an solas bíogach ón léasair femtosecond in ann íomhánna steirió fíor-mhíniúla den ábhar a thógáil. Tá an ghrianghrafadóireacht steiréascópach an-úsáideach i ndiagnóis leighis, agus mar sin osclaítear réimse nua taighde ar a dtugtar tomagrafaíocht trasnaíochta optúla. Is é seo an úsáid a bhaintear as léasair femtosecond chun íomhánna steiréascópacha a ghlacadh d’fhíocháin agus de chealla beo. Mar shampla, tá cuisle solais an-ghearr dírithe ar an gcraiceann, agus léirítear an solas bíogach ar dhromchla an chraiceann, agus cuid den solas bíogach á dhíriú isteach sa chraiceann. Tá an taobh istigh den chraiceann comhdhéanta de go leor sraitheanna, agus tá an solas bíogach a scaoiltear isteach sa chraiceann ag preabadh ar ais mar bhioga beaga, agus ó mhacallaí na soilse bíogacha múnlaithe seo sa solas frithchaite, is féidir fios a bheith agat ar an struchtúr inmheánach. an craiceann.
Ina theannta sin, tá an-áisiúlacht ag an teicneolaíocht seo in oftailmeolaíocht, áit ar féidir íomhánna steiréascópacha den reitine a ghlacadh go domhain laistigh den tsúil. Mar sin tá dochtúirí in ann a dhiagnóiseadh an bhfuil fadhb ann lena fíocháin. Níl an scrúdú seo teoranta do na súile, ach má sheoltar an léasair isteach sa chorp le snáthoptaice, is féidir na fíocháin go léir d'orgáin éagsúla sa chorp a scrúdú, agus sa todhchaí is féidir fiú a sheiceáil cibé an bhfuil siad tar éis éirí. ailseach.
Clog ultra-beacht a bhaint amach
Creideann eolaithe, má dhéantar clog le léasair femtosecond ag baint úsáide as solas infheicthe, beidh sé in ann am a thomhas níos cruinne ná clog adamhach agus beidh sé mar an clog is cruinne ar domhan sna blianta amach romhainn. Má tá an clog cruinn, ansin feabhsaíonn sé go mór cruinneas an GPS (Córas Suite Domhanda) a úsáidtear le haghaidh loingseoireachta carr.
Cén fáth ar féidir le solas infheicthe cloig chruinne a dhéanamh? Níl luascadán agus giaranna gluaiseachta ag gach clog agus uaireadóirí, trí luascadh an luascadáin le minicíocht creathadh beacht, ionas go n-iompaíonn na giaranna soicind, ní haon eisceacht iad cloig chruinne. Dá bhrí sin, d'fhonn cloig níos cruinne a chruthú, is gá luascadán a úsáid le minicíocht creathadh níos airde. Tá cloig Grianchloch (cloig a bhfuil ascaluithe criostail orthu in ionad luascadáin) níos cruinne ná cloig luascadáin, agus is é sin toisc go n-osclaíonn athshonadóirí grianchloch níos mó uaireanta in aghaidh an tsoicind.
Tá minicíocht ascalaithe an chlog adamhach caeisiam, arb é an caighdeán ama anois é, thart ar 9.2 gigahertz (focal ceann aonaid idirnáisiúnta giga, 1 gig=10^9). Is é clog adamhach úsáid na n-adamh caeisiam minicíocht bhunúsach ascalaithe, lena minicíocht ascalaithe comhsheasmhach leis an micreathonn in ionad an luascadán, is é a chruinneas na mílte bliain ach difríocht 1 soicind. I gcodarsnacht leis sin, tá minicíocht ascalaithe ag solas infheicthe 100,000 go 1 milliún uair níos airde ná an minicíocht ascalaithe micreathonn, is é sin, is féidir solas infheicthe a úsáid chun cloig beachtais a chruthú le cruinneas milliún uair níos airde ná cloig adamhach. Anois tá an clog is cruinne ar domhan a úsáideann solas infheicthe tógtha go rathúil sa tsaotharlann.
Le cabhair ón gclog beacht seo is féidir teoiric na coibhneasachta Einstein a fhíorú. Beidh muid a bheith chomh cruinn clog sa tsaotharlann, an ceann eile san oifig thíos staighre, a mheas ar an staid is féidir, tar éis uair an chloig nó dhó, na torthaí mar atá tuartha ag Einstein teoiric na coibhneasachta, mar gheall ar an dá shraith a bheith difriúil "réimse imtharraingteach" idir an dá chlog a thuilleadh ag tagairt don am céanna, an clog thíos staighre ná an clog thuas staighre Bogann an clog thíos staighre níos moille ná an clog thuas staighre. Le clog níos cruinne, b'fhéidir fiú nach mbeadh an t-am céanna ag an uaireadóir ar an wrist agus an rúitín an lá sin. Is féidir linn go simplí taithí a fháil ar spéis na coibhneasachta le cabhair ó chloig chruinne.
Teicneolaíocht moilliú solais
Sa bhliain 1999, d'éirigh leis an Ollamh Rainer Howe ó Ollscoil Hubbart sna Stáit Aontaithe an solas a mhoilliú go 17 méadar in aghaidh an tsoicind, luas a bhféadfadh carr teacht suas leis, agus níos déanaí go dtí luas a bhféadfadh fiú rothar teacht suas leis. Baineann an turgnamh seo le taighde atá ar thús cadhnaíochta na fisice, agus sa pháipéar seo ní chuirtear i láthair ach dhá eochair do rathúlacht an turgnaimh. Is é ceann amháin ná tógáil "scamall" d'adamh sóidiam ag teochtaí an-íseal gar do absalóideach náid (-273.15 céim ), stát gáis speisialta ar a dtugtar comhdhlúthán Bose-Einstein. Is léasair é an ceann eile (léasair rialaithe) a rialaíonn minicíocht na gcreathadh agus a ionradaíonn scamall na n-adamh sóidiam leis, agus mar thoradh air sin go dtarlaíonn rud éigin dochreidte.
Ar an gcéad dul síos, le cabhair ón léasair rialaithe, bhí an solas pulsed comhbhrúite i scamall na n-adamh agus mhoilligh sé go dtí luas an-mhór. Ansin tá an léasair rialaithe Scairt arís, agus tá an solas pulsed athchóiriú agus a thagann amach as an scamall adamhach. Leathnaítear na bíoga a bhí comhbhrúite arís ansin agus cuirtear an luas ar ais. Tá an próiseas iomlán chun an fhaisnéis faoi sholas pulsed a iontráil isteach sa scamall adamhach cosúil le léamh, stóráil agus athshocrú i ríomhaire, agus mar sin tá an teicníc seo úsáideach chun ríomhairí chandamach a chur i bhfeidhm.
Ó "femtosecond" go "attosecond" domhan
Tá femtoseconds níos faide ná ár samhlaíocht cheana féin. Anois táimid ag dul isteach i saol an "attosecond" atá níos giorra ná an femtosecond. Is é A an giorrúchán ar an bhfocal atto Córas Idirnáisiúnta na nAonad (SI). 1 soicind=1 x 10^-18 soicind=1 míleú cuid d'fhemtosecond. Ní féidir cuisle attosecond a dhéanamh le solas infheicthe mar ní mór bíoga níos giorra a dhéanamh le tonnfhaid solais níos giorra. Mar shampla, más mian leat cuisle a chruthú le solas dearg infheicthe, ní féidir cuisle a chruthú le tonnfhad níos giorra ná sin. Is é solas infheicthe an teorainn de thart ar 2 femtoseconds, agus ar an gcúis seo déantar na bíoga attosecond le tonnfhaid níos giorra de x-ghathanna nó gáma-ghathanna. Níl sé soiléir cad is féidir a fháil amach anseo ag baint úsáide as cuisle x-gha attosecond. Mar shampla, trí úsáid a bhaint as idirfhlash attosecond chun bithmhóilín a shamhlú, is féidir a ghníomhaíocht a bhreathnú ar scála ama an-ghearr agus b'fhéidir struchtúr an bhithmhóilín a aithint.