Fuente del artículo: Observación de la industria láser compilada de Internet Un láser de femtosegundo es un dispositivo generador de "luz de pulso ultra corta" que emite luz durante un tiempo ultra corta de solo un billonésimo de un segundo. FEI es la abreviatura del prefijo FEMTO en el sistema internacional de unidades, y 1 femtosegundo = 1 × 10^-15 segundos. La llamada luz de pulso emite luz solo por un momento. El tiempo de emisión de luz del flash de una cámara es de aproximadamente 1 microsegundo, por lo que la luz de pulso de femtosegundo ultra corta solo tiene aproximadamente mil millones de tiempo para emitir luz. Como todos sabemos, la velocidad de la luz vuela a una velocidad incomparable de 300,000 kilómetros por segundo (rodeando la tierra siete veces y media en un segundo). Sin embargo, en un femtosegundo, la luz solo avanza 0.3 micras.
Por lo general, usamos fotografía flash para capturar el estado instantáneo de los objetos móviles. Del mismo modo, si usa un láser de femtosegundo para destacar, es posible ver cada fragmento de una reacción química que ocurre a una velocidad violenta. Para hacer esto, los láseres de femtosegundos se pueden usar para estudiar los misterios de las reacciones químicas.
Las reacciones químicas generales proceden después de pasar por un estado intermedio con alta energía, el llamado "estado activado". La existencia del estado activado fue predicho teóricamente por el químico Arrhenius ya en 1889, pero debido a que existía por un momento muy corto, no se podía observar directamente. Pero su existencia fue demostrada directamente a fines de la década de 1980 por láseres de femtosegundos, un ejemplo del uso de láseres de femtosegundos para identificar las reacciones químicas. Por ejemplo, la molécula de ciclopentanona se descompone en monóxido de carbono y 2 moléculas de etileno en el estado activado.
Hoy en día, los láseres de femtosegundos también se usan en una amplia gama de campos como física, química, ciencias de la vida, medicina e ingeniería. En particular, se espera que la combinación de luz y electrónica abra varias posibilidades nuevas en los campos de comunicaciones, computadoras y energía. Esto se debe a que la intensidad de la luz puede transmitir grandes cantidades de información de un lugar a otro casi sin pérdida, lo que hace que las comunicaciones ópticas sean aún más rápidas. En el campo de la física nuclear, los láseres de femtosegundos han tenido un gran impacto. Debido a que la luz pulsada tiene un campo eléctrico muy fuerte, es posible acelerar los electrones para cerca de la velocidad de la luz dentro de 1 femtosegundo, por lo que puede usarse como un "acelerador" para acelerar los electrones.
Aplicación en medicina Como se mencionó anteriormente, en el mundo dentro de las femtosegundos, incluso la luz está congelada y no puede moverse muy lejos, pero incluso en esta escala de tiempo, los átomos y las moléculas en la materia y los electrones dentro de los chips de la computadora todavía se mueven dentro del circuito. Si usa un pulso de femtosegundo, puede detenerlo al instante y estudiar lo que sucede. Además de parpadear para detener el tiempo, los láseres de femtosegundos también pueden perforar microholes en metal con un diámetro tan pequeño como 200 nanómetros (dos diez milésimas de milímetro). Esto significa que la luz de pulso ultra corta que está comprimida y bloqueada dentro en un corto período de tiempo logra un efecto sorprendente de la salida ultra alta sin causar daños adicionales a los alrededores. Además, la luz pulsada de los láseres de femtosegundos puede capturar imágenes tridimensionales de objetos con detalles extremadamente finos. La fotografía de imagen estereoscópica es muy útil en el diagnóstico médico, lo que abre un nuevo campo de investigación llamado tomografía de interferencia óptica. Esta es una imagen tridimensional de tejido vivo y células vivas capturadas usando un láser de femtosegundos. Por ejemplo, un pulso de luz muy corto se dirige a la piel. La luz del pulso se refleja en la superficie de la piel, y parte de la luz del pulso se emite en la piel. El interior de la piel está compuesto por muchas capas. La luz de pulso que entra en la piel se vuelve a rebotar como una pequeña luz de pulso. A partir de los ecos de estas diversas luces de pulso en la luz reflejada, se puede conocer la estructura interna de la piel.
Además, esta tecnología tiene una gran practicidad en la medicina oftálmica, capaz de capturar imágenes tridimensionales de la retina en el ojo. Esto permite a los médicos diagnosticar problemas con sus tejidos. Este tipo de examen no se limita a los ojos. Si se envía un láser al cuerpo usando fibra óptica, puede examinar todos los tejidos de varios órganos en el cuerpo. En el futuro, incluso puede ser posible detectar si se ha convertido en cáncer.
Realización de relojes ultra precisos Los científicos creen que si la luz visible se usa para hacer un reloj láser de femtosegundos, podrá medir el tiempo con mayor precisión que un reloj atómico, y servirá como el reloj más preciso del mundo en los próximos años. Si el reloj es preciso, también mejora en gran medida la precisión del GPS (sistema de posicionamiento global) utilizado para la navegación de automóviles.
¿Por qué la luz visible puede hacer un reloj preciso? Todos los relojes y relojes son indispensables para el movimiento de péndulos y engranajes. A través del columpio de un péndulo con una frecuencia de vibración precisa, los engranajes giran durante segundos, y los relojes precisos no son una excepción. Por lo tanto, para hacer un reloj más preciso, es necesario usar un péndulo con una frecuencia de vibración más alta. Los relojes de cuarzo (relojes que usan oscilación de cristal en lugar de un péndulo) son más precisos que los relojes de péndulo porque el resonador de cuarzo oscila más veces por segundo.
El reloj atómico de cesio utilizado actualmente como el estándar de tiempo tiene una frecuencia de oscilación de aproximadamente 9.2 Gigahertz (el prefijo de la unidad internacional de Gigahertz, 1 Gigahertz = 10^9). El reloj atómico utiliza la frecuencia de oscilación natural de los átomos de cesio y reemplaza el péndulo con microondas cuya frecuencia de oscilación es consistente. Su precisión es solo un segundo en decenas de millones de años. En contraste, la luz visible tiene una frecuencia de oscilación que es de 100,000 a 1,000,000 veces más alta que la frecuencia de oscilación de microondas. Es decir, la energía de la luz visible se puede usar para crear relojes de precisión que son millones de veces más precisos que los relojes atómicos. El reloj más preciso del mundo que usa luz visible ahora se ha construido con éxito en un laboratorio.
La teoría de la relatividad de Einstein se puede verificar con la ayuda de este reloj preciso. Colocamos uno de esos relojes precisos en el laboratorio y el otro en la oficina en la planta baja, y consideramos posibles situaciones. Después de una o dos horas, el resultado fue el predicho por la teoría de la relatividad de Einstein. Debido a los dos, hay diferentes "campos gravitacionales" entre los pisos, por lo que los dos relojes ya no apuntan al mismo tiempo, y el reloj baja es más lento que el reloj de arriba. Si se usara un reloj más preciso, tal vez incluso los relojes usados en la muñeca y el tobillo dirían diferentes momentos ese día. Simplemente podemos experimentar el encanto de la relatividad con la ayuda de relojes precisos.
La velocidad de la luz ralentiza la tecnología En 1999, el profesor Rainer Howe de la Universidad de Hubbard en los Estados Unidos disminuyó con éxito la luz a 17 metros por segundo, una velocidad que los autos pueden alcanzar y luego disminuyeron con éxito la luz a una velocidad que incluso las bicicletas pueden alcanzar. Este experimento implica la investigación más de vanguardia en física. Este artículo solo presenta dos claves para el éxito del experimento. Una es construir una "nube" de átomos de sodio de temperatura extremadamente baja cerca de cero absoluto (-273.15 ° C), un estado de gas especial llamado condensado de Bose-Einstein. El otro es un láser que ajusta la frecuencia de vibración (láser de control) y lo usa para iluminar una nube de átomos de sodio, y sucede algo increíble.
Los científicos primero usan un láser de control para comprimir la luz de pulso en la nube de átomos y reducir la velocidad extremadamente. Luego apagan el láser de control y la luz del pulso desaparece. La información realizada en la luz del pulso se almacena en la nube de átomos. . Luego se irradia con un láser controlado, y la luz del pulso se restaura y sale de la nube de átomos. Como resultado, el pulso comprimido originalmente se amplía nuevamente y la velocidad se restaura. Todo el proceso de entrada de información de luz pulsada en la nube atómica es muy similar a la lectura, almacenamiento y restablecimiento en una computadora. Por lo tanto, esta tecnología puede ayudar a realizar la realización de las computadoras cuánticas.
Desde el mundo de "femtosegundo" hasta "attogund" Los femtosegundos están más allá de nuestra imaginación. Ahora nos estamos aventurando en el mundo de los attosegundos, que son más cortos que las femtosegundos. Ah es la abreviatura del prefijo "Atto" del sistema internacional de unidades. 1 Attosegundo = 1 × 10^-18 segundos = una milésima parte de un femtosegundo. Los pulsos de atosegundos no se pueden hacer con luz visible porque acortar los pulsos requiere el uso de una luz de longitud de onda más corta. Por ejemplo, si desea crear un pulso con luz roja visible, es imposible crear un pulso más corto que esa longitud de onda. La luz visible tiene un límite de aproximadamente 2 femtosegundos, por lo que los pulsos de atosegundos usan rayos X o rayos gamma con longitudes de onda más cortas. No está claro qué se descubrirá en el futuro utilizando pulsos de rayos X de AttoseCond. Por ejemplo, el uso de flashes de attosegundos para visualizar las biomoléculas nos permite observar sus actividades en una escala de tiempo muy corta y tal vez identificar la estructura de las biomoléculas.
