Femtosecond Laser Daim Ntawv Thov hauv Tshuaj

A Femtosecond Laseryog ib qho "ultra-luv mem tes lub teeb" tsim cov khoom siv uas emits lub teeb rau lub sijhawm luv luv tsuas yog txog ib trillionth ntawm ib thib ob. Fei yog cov ntawv luv ntawm lub npe femto hauv International System of Units, thiab 1 femtosecond=1×10^-15 vib nas this. Lub suab hu ua pulse light emits light tsuas yog ib pliag xwb. Lub teeb emission lub sij hawm ntawm lub koob yees duab lub teeb yog li ntawm 1 microsecond, yog li lub femtosecond ultra-luv mem tes lub teeb tsuas muaj li ib billionth ntawm nws lub sij hawm kom emit lub teeb. Raws li peb txhua tus paub, qhov ceev ntawm lub teeb yoov ntawm qhov tsis sib xws ntawm 300, 000 kilometers ib ob (circling lub ntiaj teb xya thiab ib nrab zaus hauv ib ob). Txawm li cas los xij, hauv ib femtosecond, lub teeb tsuas yog nce mus txog 0.3 microns.

Feem ntau, peb siv flash yees duab los ntes cov khoom txav tam sim ntawd. Ib yam li ntawd, yog tias koj siv lub femtosecond laser flash, nws tuaj yeem pom txhua qhov tawg ntawm cov tshuaj tiv thaiv uas tshwm sim ntawm qhov nrawm nrawm. Txhawm rau ua qhov no, femtosecond lasers tuaj yeem siv los kawm paub tsis meej ntawm cov tshuaj tiv thaiv tshuaj.

Cov tshuaj lom neeg cov tshuaj tiv thaiv tshwm sim tom qab dhau los ntawm lub xeev nruab nrab nrog lub zog siab, lub npe hu ua "activated state". Lub hav zoov ntawm lub xeev qhib tau raug kwv yees kwv yees los ntawm kws tshuaj Arrhenius thaum ntxov li 1889, tab sis vim tias nws muaj nyob rau lub sijhawm luv luv, nws tsis tuaj yeem pom ncaj qha. Tab sis nws lub neej tau qhia ncaj qha rau xyoo 1980s los ntawm femtosecond lasers, piv txwv ntawm kev siv femtosecond lasers los txheeb xyuas cov tshuaj tiv thaiv. Piv txwv li, lub cyclopentanone molecule decomposes rau hauv carbon monoxide thiab 2 ethylene molecules nyob rau hauv lub activated lub xeev.

Niaj hnub no, femtosecond lasers kuj tau siv ntau yam xws li physics, chemistry, life sciences, tshuaj, thiab engineering. Tshwj xeeb, kev sib xyaw ntawm lub teeb thiab hluav taws xob yuav tsum qhib ntau yam tshiab hauv kev sib txuas lus, khoos phis tawj, thiab lub zog. Qhov no yog vim qhov kev siv ntawm lub teeb tuaj yeem xa cov ntaub ntawv ntau ntawm ib qho mus rau lwm qhov uas yuav luag tsis muaj kev poob, ua rau kev sib txuas lus kho qhov muag sai dua. Hauv thaj chaw ntawm nuclear physics, femtosecond lasers tau ua rau muaj kev cuam tshuam loj heev. Vim tias lub teeb pom kev muaj zog hluav taws xob, nws muaj peev xwm ua kom cov hluav taws xob ceev kom ze rau qhov ceev ntawm lub teeb hauv 1 femtosecond, yog li nws tuaj yeem siv los ua "accelerator" kom nrawm electrons.

Daim ntawv thov hauv Tshuaj
Raws li tau hais los saum no, hauv ntiaj teb hauv femtoseconds, txawm tias lub teeb khov thiab tsis tuaj yeem txav mus deb heev, tab sis txawm nyob rau lub sijhawm no, atoms thiab molecules hauv cov teeb meem thiab cov hluav taws xob hauv computer chips tseem nyob hauv Circuit Court. Yog tias koj siv pulse femtosecond koj tuaj yeem nres nws tam sim ntawd thiab kawm seb yuav ua li cas. Ntxiv rau qhov flashing kom nres lub sijhawm, femtosecond lasers tseem tuaj yeem laum microholes hauv cov hlau nrog ib txoj kab uas hla me me li 200 nanometers (ob kaum txhiab ntawm ib millimeter). Qhov no txhais tau hais tias ultra-luv mem tes lub teeb uas yog compressed thiab kaw hauv ib lub sij hawm luv luv ua tiav cov txiaj ntsig zoo ntawm ultra-siab tso zis yam tsis muaj kev puas tsuaj ntxiv rau ib puag ncig. Tsis tas li ntawd, lub teeb pom kev ntawm femtosecond lasers tuaj yeem ntes cov duab peb sab ntawm cov khoom hauv qhov nthuav dav heev. Stereoscopic duab thaij duab muaj txiaj ntsig zoo hauv kev kuaj mob, yog li qhib kev tshawb fawb tshiab hu ua optical interference tomography. Qhov no yog daim duab peb sab ntawm cov ntaub so ntswg nyob thiab cov hlwb uas nyob tau ntes siv lub laser femtosecond. Piv txwv li, ib tug luv luv mem tes ntawm lub teeb yog qhia rau ntawm daim tawv nqaij. Lub teeb mem tes yog xav txog ntawm daim tawv nqaij, thiab ib feem ntawm lub teeb mem tes yog tawm mus rau hauv daim tawv nqaij. Sab hauv ntawm daim tawv nqaij yog tsim los ntawm ntau txheej. Lub teeb mem tes uas nkag mus rau ntawm daim tawv nqaij yog bounced rov qab raws li lub teeb mem tes me me. Los ntawm cov suab nrov ntawm cov teeb pom kev sib txawv hauv cov teeb pom kev zoo, cov qauv sab hauv ntawm daim tawv nqaij tuaj yeem paub.

Tsis tas li ntawd, cov thev naus laus zis no muaj qhov ua tau zoo hauv cov tshuaj ophthalmic, muaj peev xwm ntes cov duab peb sab ntawm retina tob hauv qhov muag. Qhov no tso cai rau cov kws kho mob kuaj cov teeb meem nrog lawv cov ntaub so ntswg. Qhov kev ntsuam xyuas no tsis txwv rau qhov muag. Yog tias lub laser xa mus rau hauv lub cev siv cov fiber ntau optical, nws tuaj yeem kuaj xyuas tag nrho cov ntaub so ntswg ntawm ntau yam kabmob hauv lub cev. Nyob rau hauv lub neej yav tom ntej, nws tseem tuaj yeem tshawb xyuas seb nws puas tau hloov mus ua mob qog noj ntshav.

Paub txog cov moos ultra-precise
Cov kws tshawb fawb ntseeg tias yog tias pom lub teeb pom kev siv los ua lub femtosecond laser moos, nws yuav ntsuas lub sij hawm ntau dua li lub moos atomic, thiab yuav ua lub moos uas yog lub ntiaj teb nyob rau ob peb xyoos tom ntej no. Yog tias lub moos yog qhov tseeb, nws kuj tseem txhim kho qhov tseeb ntawm GPS (Lub Ntiaj Teb Kev Pom Zoo) siv rau kev tsav tsheb.

Vim li cas lub teeb pom kev tuaj yeem ua lub moos raug? Txhua lub moos thiab watches yog qhov tseem ceeb rau kev txav ntawm pendulums thiab lub zog. Los ntawm lub viav vias ntawm lub pendulum nrog lub meej vibration zaus, lub zog tig rau vib nas this, thiab cov moos raug tsis muaj qhov tshwj xeeb. Yog li ntawd, txhawm rau ua kom lub moos muaj tseeb dua, nws yog qhov yuav tsum tau siv lub pendulum nrog ntau dua vibration zaus. Quartz moos (cov moos uas siv lead ua oscillation tsis yog lub pendulum) yog qhov tseeb dua li cov moos pendulum vim tias quartz resonator oscillates ntau zaus hauv ib ob.

Cesium atomic moos tam sim no siv raws li lub sij hawm tus qauv muaj ib tug oscillation zaus ntawm txog 9.2 gigahertz (lub prefix ntawm lub thoob ntiaj teb unit ntawm gigahertz, 1 gigahertz=10^9). Lub moos atomic siv lub ntuj oscillation zaus ntawm cesium atoms thiab hloov lub pendulum nrog microwaves uas nws oscillation zaus zoo ib yam. Nws qhov tseeb tsuas yog ib thib ob hauv kaum tawm lab xyoo. Hauv qhov sib piv, pom lub teeb muaj qhov zaus oscillation uas yog 100,000 txog 1,000,000 zaus siab dua qhov zaus ntawm microwave oscillation. Ntawd yog, pom lub teeb pom kev tuaj yeem siv los tsim cov moos precision uas muaj ntau lab lub sijhawm ntau dua li atomic moos. Lub ntiaj teb lub moos raug tshaj plaws uas siv lub teeb pom kev zoo tam sim no tau ua tiav hauv chav kuaj.

Einstein txoj kev xav ntawm kev sib raug zoo tuaj yeem txheeb xyuas nrog kev pab ntawm lub moos no. Peb tau tso ib lub moos kom raug rau hauv chav kuaj thiab lwm qhov hauv chav ua haujlwm hauv qab, thiab txiav txim siab txog qhov ua tau. Tom qab ib los yog ob teev, qhov tshwm sim yog raws li kev kwv yees los ntawm Einstein txoj kev xav ntawm kev sib raug zoo. Vim yog ob qhov sib txawv "gravitational fields" nyob nruab nrab ntawm cov plag tsev, yog li ob lub moos tsis taw tes rau tib lub sijhawm, thiab lub moos pem hauv ntej khiav qeeb dua lub moos saum toj. Yog tias lub moos raug siv ntau dua, tej zaum txawm tias lub moos hnav ntawm lub dab teg thiab pob taws yuav qhia ntau lub sijhawm rau hnub ntawd. Peb tuaj yeem paub qhov ntxim nyiam ntawm kev sib raug zoo nrog kev pab ntawm cov moos raug.

lub teeb ceev slowing technology
Xyoo 1999, Xib Fwb Rainer Howe ntawm Hubbard University hauv Tebchaws Meskas tau ua tiav lub teeb rau 17 metres ib pliag, qhov ceev uas lub tsheb tuaj yeem ntes tau, thiab tom qab ntawd ua tiav lub teeb kom qeeb rau qhov nrawm uas txawm tias tsheb kauj vab tuaj yeem ntes tau. Qhov kev sim no suav nrog kev tshawb fawb tshaj plaws hauv physics. Kab lus no tsuas yog qhia ob tus yuam sij rau kev ua tiav ntawm qhov kev sim. Ib qho yog tsim kom muaj "huab" ntawm qhov kub tsis tshua muaj sodium atoms zero kiag li (-273.15 degree), lub xeev roj tshwj xeeb hu ua Bose-Einstein condensate. Lwm qhov yog lub laser uas kho qhov kev vibration zaus (tswj laser), thiab siv nws los teeb pom huab cua ntawm sodium atoms, thiab ib yam dab tsi zoo kawg tshwm sim.

Cov kws tshawb fawb thawj zaug siv lub laser tswj kom compress lub teeb mem tes hauv huab ntawm atoms thiab ua rau nws qeeb heev. Tom qab ntawd lawv tua lub laser tswj thiab lub teeb mem tes ploj. Cov ntaub ntawv nqa ntawm lub teeb mem tes yog khaws cia hauv huab ntawm atoms. . Tom qab ntawd nws yog irradiated nrog lub laser tswj, thiab lub teeb mem tes rov qab thiab taug kev tawm ntawm huab ntawm atoms. Yog li ntawd, lub xub ntiag compressed mem tes yog dav dua thiab qhov ceev tau rov qab los. Tag nrho cov txheej txheem ntawm kev nkag mus rau cov ntaub ntawv teeb pom kev zoo rau hauv huab cua atomic zoo ib yam li kev nyeem ntawv, khaws cia, thiab rov pib dua hauv computer. Yog li ntawd, cov cuab yeej no tuaj yeem pab kom paub txog kev ua tiav ntawm quantum computers.

Los ntawm lub ntiaj teb no ntawm "femtosecond" mus rau "attosecond"

Femtoseconds yog dhau ntawm peb qhov kev xav. Tam sim no peb tab tom mus rau hauv lub ntiaj teb ntawm attoseconds, uas luv dua femtoseconds. Ah yog cov ntawv luv ntawm lub npe "atto" ntawm International System of Units. 1 attosecond=1 × 10^-18 vib nas this=ib txhiab ntawm ib femtosecond. Attosecond pulses tsis tuaj yeem tsim nrog lub teeb pom kev zoo vim tias kev ua kom luv luv ntawm cov pulses yuav tsum siv lub teeb luv wavelength. Piv txwv li, yog tias koj xav tsim cov mem tes siv lub teeb pom kev liab, nws tsis tuaj yeem tsim lub mem tes luv dua li qhov wavelength. Lub teeb pom kev muaj qhov txwv ntawm li 2 femtoseconds, yog li attosecond pulses siv x-rays lossis gamma rays nrog luv wavelengths. Nws tsis paub meej tias yuav pom dab tsi yav tom ntej siv attosecond X-ray pulses. Piv txwv li, siv attosecond flashes kom pom cov biomolecules tso cai rau peb los soj ntsuam lawv cov dej num ntawm lub sij hawm luv luv thiab tej zaum txheeb xyuas cov qauv ntawm biomolecules.

Cov ntaub ntawv tiv tauj:

Yog tias koj muaj lus nug, thov hu rau peb. Txawm peb cov neeg muas zaub nyob qhov twg thiab peb cov kev xav tau yog dab tsi, peb yuav ua raws li peb lub hom phiaj los muab peb cov neeg siv khoom zoo, tus nqi qis, thiab kev pabcuam zoo tshaj plaws.