फेमटोसेकंद लेसर

A femtosecond लेसरहे एक "अल्ट्राशॉर्ट पल्स लाइट" जनरेट करणारे यंत्र आहे जे केवळ एक-गीगासेकंदाच्या अल्ट्राशॉर्ट वेळेसाठी प्रकाश उत्सर्जित करते. Fei हे Femto चे संक्षिप्त रूप आहे, एककांच्या आंतरराष्ट्रीय प्रणालीचा उपसर्ग आणि 1 femtosecond = 1×10^-15 सेकंद. तथाकथित स्पंदित प्रकाश केवळ एका क्षणासाठी प्रकाश सोडतो. कॅमेराच्या फ्लॅशचा प्रकाश-उत्सर्जक वेळ सुमारे 1 मायक्रोसेकंद आहे, म्हणून फेमटोसेकंदचा अल्ट्रा-शॉर्ट पल्स लाइट त्याच्या वेळेच्या सुमारे एक अब्जांश वेळेसाठी प्रकाश उत्सर्जित करतो. आपल्या सर्वांना माहित आहे की, प्रकाशाचा वेग 300,000 किलोमीटर प्रति सेकंद (1 सेकंदात पृथ्वीभोवती 7 आणि साडेसात वर्तुळे) एक अतुलनीय वेगाने आहे, परंतु 1 फेमटोसेकंदमध्ये, प्रकाश देखील फक्त 0.3 मायक्रॉनने पुढे जातो.

बर्‍याचदा, फ्लॅश फोटोग्राफीसह आपण हलत्या वस्तूची क्षणिक स्थिती काढू शकतो. त्याचप्रमाणे, फेमटोसेकंद लेसर फ्लॅश केल्यास, रासायनिक अभिक्रियाचा प्रत्येक तुकडा हिंसक वेगाने पुढे जात असताना देखील ते पाहणे शक्य आहे. यासाठी, रासायनिक अभिक्रियांच्या गूढतेचा अभ्यास करण्यासाठी फेमटोसेकंद लेसरचा वापर केला जाऊ शकतो.
उच्च उर्जा असलेल्या मध्यवर्ती अवस्थेतून गेल्यानंतर सामान्य रासायनिक प्रतिक्रिया केल्या जातात, तथाकथित "सक्रिय स्थिती". सक्रिय अवस्थेचे अस्तित्व सैद्धांतिकदृष्ट्या 1889 च्या सुरुवातीस रसायनशास्त्रज्ञ अरहेनिअसने वर्तवले होते, परंतु ते अगदी कमी काळासाठी अस्तित्वात असल्यामुळे ते प्रत्यक्षपणे पाहिले जाऊ शकत नाही. परंतु त्याचे अस्तित्व 1980 च्या दशकाच्या उत्तरार्धात फेमटोसेकंद लेसरद्वारे प्रत्यक्षपणे दर्शविले गेले, हे फेमटोसेकंद लेसरसह रासायनिक अभिक्रिया कशा निश्चित केल्या जाऊ शकतात याचे एक उदाहरण आहे. उदाहरणार्थ, सायक्लोपेंटॅनोन रेणू सक्रिय अवस्थेद्वारे कार्बन मोनोऑक्साइड आणि 2 इथिलीन रेणूंमध्ये विघटित होतो.
Femtosecond लेसर आता भौतिकशास्त्र, रसायनशास्त्र, जीवन विज्ञान, वैद्यक आणि अभियांत्रिकी यासारख्या विस्तृत क्षेत्रांमध्ये देखील वापरले जातात, विशेषत: प्रकाश आणि इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये. याचे कारण असे की प्रकाशाची तीव्रता एका ठिकाणाहून दुस-या ठिकाणी जवळजवळ कोणतीही हानी न करता मोठ्या प्रमाणात माहिती प्रसारित करू शकते, ज्यामुळे ऑप्टिकल संप्रेषणाचा वेग वाढतो. आण्विक भौतिकशास्त्राच्या क्षेत्रात, femtosecond lasers ने मोठा प्रभाव आणला आहे. स्पंदित प्रकाशाला खूप मजबूत विद्युत क्षेत्र असल्यामुळे, 1 फेमटोसेकंदात प्रकाशाच्या वेगाच्या जवळ इलेक्ट्रॉन्सचा वेग वाढवणे शक्य आहे, म्हणून ते इलेक्ट्रॉनला गती देण्यासाठी "प्रवेगक" म्हणून वापरले जाऊ शकते.

औषध मध्ये अर्ज
वर नमूद केल्याप्रमाणे, फेमटोसेकंद जगात प्रकाश गोठवला जातो ज्यामुळे तो फार दूर जाऊ शकत नाही, परंतु या वेळेच्या प्रमाणात, अणू, पदार्थातील रेणू आणि संगणक चिप्समधील इलेक्ट्रॉन अजूनही सर्किटमध्ये फिरत आहेत. जर फेमटोसेकंद नाडीचा वापर तात्काळ थांबवण्यासाठी केला जाऊ शकतो, तर काय होते याचा अभ्यास करा. फ्लॅशिंग टाईम थांबवण्याव्यतिरिक्त, फेमटोसेकंद लेझर 200 नॅनोमीटर (मिलीमीटरचा 2/10,000 वा) व्यास इतके लहान छिद्र पाडण्यास सक्षम आहेत. याचा अर्थ असा की अल्ट्रा-शॉर्ट स्पंदित प्रकाश जो कमी कालावधीत संकुचित केला जातो आणि आत लॉक केला जातो तो अल्ट्रा-हाय आउटपुटचा एक आश्चर्यकारक प्रभाव प्राप्त करतो आणि सभोवतालचे अतिरिक्त नुकसान करत नाही. शिवाय, फेमटोसेकंद लेसरचा स्पंदित प्रकाश वस्तूंच्या अत्यंत सूक्ष्म स्टिरिओस्कोपिक प्रतिमा घेऊ शकतो. स्टिरीओस्कोपिक इमेजिंग वैद्यकीय निदानामध्ये खूप उपयुक्त आहे, अशा प्रकारे ऑप्टिकल इंटरफेरन्स टोमोग्राफी नावाचे संशोधनाचे एक नवीन क्षेत्र उघडते. ही जिवंत ऊती आणि जिवंत पेशींची एक स्टिरियोस्कोपिक प्रतिमा आहे जी फेमटोसेकंद लेसरने घेतली आहे. उदाहरणार्थ, प्रकाशाचा एक अतिशय लहान नाडी त्वचेला उद्देशून असतो, स्पंदित प्रकाश त्वचेच्या पृष्ठभागावरून परावर्तित होतो आणि स्पंदित प्रकाशाचा एक भाग त्वचेमध्ये इंजेक्शन केला जातो. त्वचेचा आतील भाग अनेक थरांनी बनलेला असतो आणि त्वचेमध्ये प्रवेश करणारा स्पंदित प्रकाश लहान स्पंदित प्रकाशाच्या रूपात परत येतो आणि परावर्तित प्रकाशात या विविध स्पंदित प्रकाशाच्या प्रतिध्वनीवरून त्वचेची अंतर्गत रचना ओळखता येते.
याव्यतिरिक्त, या तंत्रज्ञानाची नेत्ररोगशास्त्रात मोठी उपयुक्तता आहे, डोळ्यात खोलवर डोळयातील पडदा च्या स्टिरियोस्कोपिक प्रतिमा घेण्यास सक्षम आहे. हे डॉक्टरांना त्यांच्या ऊतींमध्ये समस्या आहे की नाही हे निदान करण्यास अनुमती देते. या प्रकारची तपासणी केवळ डोळ्यांपुरती मर्यादित नाही. ऑप्टिकल फायबरसह लेसर शरीरात पाठवल्यास शरीरातील विविध अवयवांच्या सर्व ऊतींचे परीक्षण करणे शक्य होते आणि भविष्यात कर्करोग झाला आहे की नाही हे देखील तपासणे शक्य होईल.

अत्यंत अचूक घड्याळ लागू करणे
शास्त्रज्ञांचा असा विश्वास आहे की जर एfemtosecond लेसरघड्याळ दृश्यमान प्रकाशाचा वापर करून बनवले गेले आहे, ते अणु घड्याळांपेक्षा अधिक अचूकपणे वेळ मोजण्यास सक्षम असेल आणि येत्या काही वर्षांसाठी ते जगातील सर्वात अचूक घड्याळ असेल. जर घड्याळ अचूक असेल, तर कार नेव्हिगेशनसाठी वापरल्या जाणार्‍या GPS (ग्लोबल पोझिशनिंग सिस्टम) ची अचूकता देखील खूप सुधारली आहे.
दृश्यमान प्रकाश अचूक घड्याळ का बनवू शकतो? सर्व घड्याळे आणि घड्याळे पेंडुलम आणि गियरच्या हालचालीपासून अविभाज्य असतात आणि अचूक कंपन वारंवारता असलेल्या पेंडुलमच्या दोलनाद्वारे, गियर सेकंदांसाठी फिरते आणि अचूक घड्याळ अपवाद नाही. म्हणून, अधिक अचूक घड्याळ बनवण्यासाठी, उच्च कंपन वारंवारता असलेले लोलक वापरणे आवश्यक आहे. क्वार्ट्ज घड्याळे (पेंडुलम ऐवजी स्फटिकांसह दोलन करणारी घड्याळे) पेंडुलम घड्याळांपेक्षा अधिक अचूक असतात कारण क्वार्ट्ज रेझोनेटर प्रति सेकंद अधिक वेळा दोलन करतात.
सीझियम अणु घड्याळ, जे आता वेळेचे मानक आहे, सुमारे 9.2 गीगाहर्ट्झच्या वारंवारतेने (आंतरराष्ट्रीय युनिट गीगा, 1 गीगा = 10^9) च्या वारंवारतेने फिरते. अणु घड्याळ समान दोलन वारंवारता असलेल्या मायक्रोवेव्हसह पेंडुलम बदलण्यासाठी सीझियम अणूंच्या नैसर्गिक दोलन वारंवारता वापरते आणि लाखो वर्षांमध्ये त्याची अचूकता फक्त 1 सेकंद आहे. याउलट, दृश्यमान प्रकाशाची दोलन वारंवारता मायक्रोवेव्हच्या तुलनेत 100,000 ते 1,000,000 पट जास्त असते, म्हणजेच, सूक्ष्म घड्याळ तयार करण्यासाठी दृश्यमान प्रकाश ऊर्जा वापरणे जे अणु घड्याळांपेक्षा लाखो पट अधिक अचूक असते. दृश्यमान प्रकाश वापरणारे जगातील सर्वात अचूक घड्याळ आता प्रयोगशाळेत यशस्वीरित्या तयार करण्यात आले आहे.
या अचूक घड्याळाच्या मदतीने आइन्स्टाईनच्या सापेक्षता सिद्धांताची पडताळणी करता येईल. यापैकी एक अचूक घड्याळ आम्ही प्रयोगशाळेत आणि दुसरे खाली कार्यालयात ठेवले, काय घडू शकते याचा विचार करून एक-दोन तासांनंतर आइन्स्टाईनच्या सापेक्षतेच्या सिद्धांताने सांगितल्याप्रमाणे निकाल लागला, कारण दोन भिन्न "गुरुत्वीय क्षेत्रे आहेत. "मजल्यांमधील, दोन घड्याळं यापुढे एकाच वेळेकडे निर्देश करत नाहीत आणि खालच्या मजल्यावरील घड्याळ वरच्या मजल्यावरील घड्याळापेक्षा हळू चालते. अधिक अचूक घड्याळासह, कदाचित त्या दिवशी मनगट आणि घोट्यावरील वेळ देखील वेगळी असेल. अचूक घड्याळांच्या मदतीने आपण सापेक्षतेची जादू सहज अनुभवू शकतो.

प्रकाश गती कमी तंत्रज्ञान
1999 मध्ये, युनायटेड स्टेट्समधील हबार्ड युनिव्हर्सिटीचे प्रोफेसर रेनर होवे यांनी यशस्वीरित्या प्रकाशाचा वेग 17 मीटर प्रति सेकंदापर्यंत कमी केला, जो कार पकडू शकेल असा वेग आणि नंतर यशस्वीपणे अशा पातळीवर कमी केला की सायकल देखील पकडू शकते. या प्रयोगामध्ये भौतिकशास्त्रातील सर्वात अत्याधुनिक संशोधनाचा समावेश आहे आणि हा लेख प्रयोगाच्या यशाच्या फक्त दोन कळांचा परिचय देतो. एक म्हणजे सोडियम अणूंचा "क्लाउड" तयार करणे अत्यंत कमी तापमानात पूर्ण शून्य (-273.15°C), एक विशेष वायू स्थिती ज्याला बोस-आईन्स्टाईन कंडेन्सेट म्हणतात. दुसरा एक लेसर आहे जो कंपन वारंवारता (नियंत्रणासाठी लेसर) नियंत्रित करतो आणि त्याच्यासह सोडियम अणूंचा ढग विकिरण करतो आणि परिणामी, अविश्वसनीय गोष्टी घडतात.
शास्त्रज्ञांनी प्रथम अणूंच्या ढगातील स्पंदित प्रकाश संकुचित करण्यासाठी कंट्रोल लेसरचा वापर केला आणि वेग अत्यंत मंदावला. यावेळी, नियंत्रण लेसर बंद केले जाते, स्पंदित प्रकाश अदृश्य होतो आणि स्पंदित प्रकाशावर वाहून नेलेली माहिती अणूंच्या ढगात साठवली जाते. . मग ते कंट्रोल लेसरने विकिरणित केले जाते, स्पंदित प्रकाश पुनर्प्राप्त केला जातो आणि तो अणूंच्या ढगातून बाहेर जातो. त्यामुळे मूळ संकुचित नाडी पुन्हा ताणली जाते आणि वेग पुनर्संचयित केला जातो. अणु क्लाउडमध्ये स्पंदित प्रकाशाची माहिती प्रविष्ट करण्याची संपूर्ण प्रक्रिया संगणकामध्ये वाचणे, संग्रहित करणे आणि रीसेट करणे सारखीच असते, म्हणून हे तंत्रज्ञान क्वांटम संगणकांच्या प्राप्तीसाठी उपयुक्त आहे.

"फेमटोसेकंद" ते "अॅटोसेकंद" पर्यंतचे जग
फेमटोसेकंदआमच्या कल्पनेच्या पलीकडे आहेत. आता आपण अॅटोसेकंदांच्या जगात परत आलो आहोत, जे फेमटोसेकंदांपेक्षा लहान आहेत. A हे SI उपसर्ग atto चे संक्षेप आहे. 1 attosecond = 1 × 10^-18 सेकंद = femtosecond चा एक हजारवा भाग. अ‍ॅटोसेकंद डाळी दृश्यमान प्रकाशाने बनवता येत नाहीत कारण नाडी लहान करण्यासाठी प्रकाशाच्या लहान तरंगलांबी वापरल्या पाहिजेत. उदाहरणार्थ, लाल दृश्यमान प्रकाशासह डाळी बनविण्याच्या बाबतीत, त्या तरंगलांबीपेक्षा डाळी लहान करणे अशक्य आहे. दृश्यमान प्रकाशाची मर्यादा सुमारे 2 फेमटोसेकंद असते, ज्यासाठी अ‍ॅटोसेकंद पल्स लहान तरंगलांबी क्ष-किरण किंवा गॅमा किरण वापरतात. अॅटोसेकंद एक्स-रे डाळी वापरून भविष्यात काय शोधले जाईल हे अस्पष्ट आहे. उदाहरणार्थ, बायोमोलेक्यूल्सची कल्पना करण्यासाठी अ‍ॅटोसेकंद फ्लॅशचा वापर केल्याने आम्हाला त्यांची क्रिया अत्यंत कमी वेळात निरीक्षण करता येते आणि कदाचित बायोमोलेक्यूल्सची रचना निश्चित करता येते.