फेम्टोसेकंड लेजर का अनुप्रयोग

फेम्टोसेकंड लेजर "अल्ट्राशॉर्ट स्पंदित प्रकाश" उत्पन्न करने वाले उपकरण हैं जो एक सेकंड के केवल एक गीगाबिट के अल्ट्रा-शॉर्ट अवधि के लिए प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। Femto इकाइयों की अंतरराष्ट्रीय प्रणाली femto (femto), 1 femtosecond=1 × 10^-15 सेकंड का संक्षिप्त नाम है। तथाकथित स्पंदित प्रकाश प्रकाश को छोड़ने के लिए केवल एक क्षण में होता है। कैमरे के फ्लैश का प्रकाश उत्सर्जक समय लगभग 1 माइक्रोसेकंड है, इसलिए फेमटोसेकंड प्रकाश की अल्ट्रा-शॉर्ट पल्स प्रकाश को छोड़ने के समय का लगभग एक अरबवां हिस्सा है। जैसा कि हम सभी जानते हैं, प्रकाश की गति 300,000 किलोमीटर प्रति सेकंड (1 सेकंड में पृथ्वी के चारों ओर साढ़े सात सप्ताह) अद्वितीय गति होती है, लेकिन 1 फेमटोसेकंड के दौरान भी प्रकाश केवल 0.3 माइक्रोन आगे होता है।
आमतौर पर, हम फ्लैश फोटोग्राफी का उपयोग गतिमान वस्तु की तात्कालिक स्थिति को कम करने में सक्षम होने के लिए करते हैं। इसी तरह, एक फेमटोसेकंड लेजर फ्लैश के साथ, हिंसक गति से चल रही रासायनिक प्रतिक्रिया के हर टुकड़े को देखना संभव है। इस कारण से, रासायनिक प्रतिक्रियाओं के रहस्य का अध्ययन करने के लिए फेमटोसेकंड लेजर का उपयोग किया जा सकता है।
उच्च ऊर्जा की मध्यवर्ती स्थिति, तथाकथित "सक्रिय अवस्था" के बाद सामान्य रूप से रासायनिक प्रतिक्रियाएँ होती हैं। 1889 में रसायनशास्त्री अरहेनियस द्वारा सक्रियण अवस्था के अस्तित्व की सैद्धांतिक रूप से भविष्यवाणी की गई थी, लेकिन इसे प्रत्यक्ष रूप से नहीं देखा जा सका क्योंकि यह बहुत कम समय में अस्तित्व में था। हालांकि, इसके अस्तित्व को सीधे 1980 के दशक के अंत में एक फेमटोसेकंड लेजर द्वारा प्रदर्शित किया गया था, और यह एक फेमटोसेकंड लेजर के साथ पहचानी गई रासायनिक प्रतिक्रिया का एक उदाहरण है। उदाहरण के लिए, सक्रिय अवस्था में कार्बन मोनोऑक्साइड और दो एथिलीन अणुओं में साइक्लोपेंटेनोन अणु का अपघटन।
आजकल, फेमटोसेकंड लेज़रों का उपयोग भौतिकी, रसायन विज्ञान, जीवन विज्ञान, चिकित्सा, इंजीनियरिंग, आदि जैसे क्षेत्रों की एक विस्तृत श्रृंखला में भी किया जाता है। विशेष रूप से, प्रकाश और इलेक्ट्रॉनिक्स हाथ से जाते हैं और इनसे सभी प्रकार की नई संभावनाओं के खुलने की उम्मीद है। संचार या कंप्यूटर और ऊर्जा का क्षेत्र। ऐसा इसलिए है क्योंकि प्रकाश की तीव्रता बड़ी मात्रा में सूचनाओं को एक स्थान से दूसरे स्थान तक लगभग बिना किसी नुकसान के पहुंचा सकती है, जिससे ऑप्टिकल संचार और अधिक उच्च गति वाला हो जाता है। परमाणु भौतिकी के क्षेत्र में फेमटोसेकंड लेजर ने बहुत बड़ा प्रभाव डाला है। क्योंकि स्पंदित प्रकाश में एक बहुत मजबूत विद्युत क्षेत्र होता है, 1 फेमटोसेकंड में प्रकाश की गति के करीब इलेक्ट्रॉनों को गति देना संभव है, और इसलिए इलेक्ट्रॉनों को गति देने के लिए "गैस पेडल" के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।
चिकित्सा अनुप्रयोग
जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, फेमटोसेकंड में दुनिया इतनी जमी हुई है कि प्रकाश भी बहुत दूर नहीं जा सकता है, लेकिन इस समय भी पैमाने पर, परमाणुओं और अणुओं में पदार्थ और कंप्यूटर चिप्स के अंदर सर्किट में इलेक्ट्रॉन अभी भी चल रहे हैं। यदि आप फेमटोसेकंड दालों का उपयोग करते हैं तो आप इसे तुरंत रोक सकते हैं और अध्ययन कर सकते हैं कि क्या हो रहा है। समय को रोकने वाली चमक के अलावा, फेमटोसेकंड लेजर धातु में 200 नैनोमीटर (मिलीमीटर के दो-हजारवें हिस्से) के व्यास में सूक्ष्म छिद्रों को ड्रिल करने में सक्षम हैं। इसका मतलब यह है कि प्रकाश की अल्ट्राशॉर्ट दालें जो थोड़े समय के लिए संकुचित और बंद होती हैं, आसपास के क्षेत्र को अतिरिक्त नुकसान पहुंचाए बिना आश्चर्यजनक रूप से उच्च आउटपुट प्राप्त करती हैं। इसके अलावा, फेमटोसेकंड लेजर से स्पंदित प्रकाश विषय की अत्यंत सूक्ष्म स्टीरियो छवियां लेने में सक्षम है। स्टीरियोस्कोपिक फोटोग्राफी चिकित्सा निदान में बहुत उपयोगी है, इस प्रकार ऑप्टिकल इंटरफेरेंस टोमोग्राफी नामक अनुसंधान के एक नए क्षेत्र को खोलती है। यह जीवित ऊतक और कोशिकाओं की त्रिविम छवियों को लेने के लिए फेमटोसेकंड लेजर का उपयोग है। उदाहरण के लिए, प्रकाश की एक बहुत ही छोटी नाड़ी त्वचा पर लक्षित होती है, और स्पंदित प्रकाश त्वचा की सतह पर प्रतिबिंबित होता है, जिसमें कुछ स्पंदित प्रकाश त्वचा में निर्देशित होते हैं। त्वचा के अंदर कई परतें होती हैं, और स्पंदित प्रकाश जिसे त्वचा में गोली मार दी जाती है, वापस छोटी दालों के रूप में वापस आती है, और परावर्तित प्रकाश में इन आकार की स्पंदित रोशनी की गूँज से, आंतरिक संरचना को जानना संभव है त्वचा।
इसके अलावा, इस तकनीक की नेत्र विज्ञान में बहुत उपयोगिता है, जहां आंख के अंदर गहरे रेटिना की त्रिविम छवियां लेना संभव है। इस प्रकार डॉक्टर यह पता लगाने में सक्षम होते हैं कि क्या इसके ऊतकों में कोई समस्या है। यह जांच केवल आंखों तक ही सीमित नहीं है, लेकिन अगर फाइबर ऑप्टिक्स के साथ लेजर को शरीर में भेजा जाए तो शरीर के विभिन्न अंगों के सभी ऊतकों की जांच की जा सकती है और भविष्य में यह जांच करना भी संभव हो सकता है कि वे बन गए हैं या नहीं। कैंसरयुक्त।
अति सटीक घड़ी प्राप्त करें
वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि अगर दृश्यमान प्रकाश का उपयोग करके फेमटोसेकंड लेजर वाली घड़ी बनाई जाए तो यह परमाणु घड़ी की तुलना में समय को अधिक सटीकता से मापने में सक्षम होगी और आने वाले वर्षों में दुनिया की सबसे सटीक घड़ी के रूप में काम करेगी। यदि घड़ी सटीक है, तो यह कार नेविगेशन के लिए उपयोग किए जाने वाले जीपीएस (ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम) की सटीकता में भी काफी सुधार करती है।
दृश्यमान प्रकाश सटीक घड़ियां क्यों बना सकता है? कंपन की सटीक आवृत्ति के साथ पेंडुलम के झूले के माध्यम से सभी घड़ियों और घड़ियों में गति के लिए पेंडुलम और गियर नहीं होते हैं, ताकि गियर सेकंड में घूमें, सटीक घड़ियां कोई अपवाद नहीं हैं। इसलिए, अधिक सटीक घड़ियों को बनाने के लिए, कंपन की उच्च आवृत्ति वाले पेंडुलम का उपयोग करना आवश्यक है। क्वार्ट्ज़ घड़ियाँ (पेंडुलम के बजाय क्रिस्टल दोलन वाली घड़ियाँ) पेंडुलम घड़ियों की तुलना में अधिक सटीक होती हैं, और ऐसा इसलिए है क्योंकि क्वार्ट्ज रेज़ोनेटर प्रति सेकंड अधिक बार दोलन करते हैं।
सीज़ियम परमाणु घड़ी के दोलन की आवृत्ति, जो अब समय का मानक है, लगभग 9.2 गीगाहर्ट्ज़ (अंतरराष्ट्रीय इकाई giga का शब्द शीर्ष, 1 gig=10^9) है। परमाणु घड़ी दोलन की अंतर्निहित आवृत्ति सीज़ियम परमाणुओं का उपयोग है, इसकी दोलन आवृत्ति पेंडुलम के बजाय माइक्रोवेव के अनुरूप है, इसकी सटीकता लाखों वर्षों में केवल 1 सेकंड का अंतर है। इसके विपरीत, दृश्यमान प्रकाश में माइक्रोवेव दोलन आवृत्ति की तुलना में 100, 000 से 1 मिलियन गुना अधिक आवृत्ति होती है, अर्थात दृश्य प्रकाश का उपयोग परमाणु घड़ियों की तुलना में एक लाख गुना अधिक सटीकता वाली सटीक घड़ियों को बनाने के लिए किया जा सकता है। अब दृश्य प्रकाश का उपयोग कर दुनिया की सबसे सटीक घड़ी प्रयोगशाला में सफलतापूर्वक बनाई गई है।
इस सटीक घड़ी की मदद से आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत को सत्यापित करना संभव है। हम प्रयोगशाला में एक ऐसी सटीक घड़ी होंगे, दूसरा नीचे कार्यालय में, संभावित स्थिति पर विचार करें, एक या दो घंटे के बाद, आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत द्वारा भविष्यवाणी किए गए परिणाम, दो परतों के कारण अलग-अलग "गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र" हैं दो घड़ियों के बीच अब एक ही समय की ओर इशारा नहीं करता है, ऊपर की घड़ी की तुलना में नीचे की घड़ी नीचे की घड़ी की तुलना में धीमी गति से चलती है। अधिक सटीक घड़ी के साथ, शायद कलाई और टखने की घड़ी में भी उस दिन एक ही समय नहीं होगा। हम सटीक घड़ियों की मदद से सापेक्षता के आकर्षण का अनुभव कर सकते हैं।
प्रकाश धीमा प्रौद्योगिकी
1999 में, संयुक्त राज्य अमेरिका में हब्बर्ट विश्वविद्यालय के प्रोफेसर रेनर होवे ने प्रकाश को 17 मीटर प्रति सेकंड तक धीमा करने में सफलता प्राप्त की, एक ऐसी गति जिसे एक कार पकड़ सकती थी, और बाद में एक ऐसी गति जिसे एक साइकिल भी पकड़ सकती थी। इस प्रयोग में भौतिकी में सबसे आगे अनुसंधान शामिल है, और इस पत्र में प्रयोग की सफलता के लिए केवल दो कुंजियाँ प्रस्तुत की गई हैं। एक परम शून्य (-273.15 डिग्री) के करीब बेहद कम तापमान पर सोडियम परमाणुओं के "बादल" का निर्माण है, एक विशेष गैस अवस्था जिसे बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट के रूप में जाना जाता है। दूसरा एक लेज़र (नियंत्रण लेज़र) है जो कंपन की आवृत्ति को नियंत्रित करता है और इसके साथ सोडियम परमाणुओं के बादल को विकिरणित करता है, जिसके परिणामस्वरूप कुछ अविश्वसनीय होता है।
सर्वप्रथम नियंत्रण लेसर की सहायता से स्पंदित प्रकाश को परमाणुओं के बादल में संकुचित कर अत्यधिक गति तक धीमा कर दिया गया। फिर नियंत्रण लेज़र को फिर से चमकाया जाता है, और स्पंदित प्रकाश बहाल किया जाता है और परमाणु बादल से बाहर आता है। जिन स्पंदों को संकुचित किया गया था, उन्हें फिर से चौड़ा किया जाता है और गति को बहाल किया जाता है। स्पंदित प्रकाश सूचना को परमाणु बादल में दर्ज करने की पूरी प्रक्रिया कंप्यूटर में पढ़ने, भंडारण और रीसेट करने के समान है, इसलिए यह तकनीक क्वांटम कंप्यूटरों के कार्यान्वयन के लिए उपयोगी है।
"फेमटोसेकंड" से "एटोसेकंड" दुनिया तक
फेम्टोसेकंड पहले से ही हमारी कल्पना से परे हैं। अब हम "एटोसेकंड" की दुनिया में प्रवेश कर रहे हैं जो फेमटोसेकंड से भी छोटा है। A, इंटरनेशनल सिस्टम ऑफ यूनिट्स (SI) शब्द atto का संक्षिप्त नाम है। 1 एटोसेकंड=1 x 10^-18 सेकंड=1 फेमटोसेकंड का हजारवां हिस्सा। दृश्यमान प्रकाश के साथ एक एटोसेकंड पल्स नहीं बनाया जा सकता क्योंकि छोटे स्पंदों को प्रकाश की कम तरंग दैर्ध्य के साथ बनाया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, यदि आप लाल दृश्य प्रकाश के साथ एक नाड़ी बनाना चाहते हैं, तो उससे कम तरंग दैर्ध्य वाली नाड़ी बनाना संभव नहीं है। दृश्यमान प्रकाश लगभग 2 फेमटोसेकंड की सीमा है, और इस कारण एटोसेकंड दालों को एक्स-रे या गामा किरणों की छोटी तरंग दैर्ध्य के साथ बनाया जाता है। यह स्पष्ट नहीं है कि एटोसेकंड एक्स-रे पल्स का उपयोग करके भविष्य में क्या पाया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक बायोमोलेक्यूल की कल्पना करने के लिए एक एटोसकॉन्ड इंटर-फ्लैश का उपयोग करके, बहुत ही कम समय के पैमाने पर इसकी गतिविधि का निरीक्षण करना संभव है और शायद बायोमोलेक्यूल की संरचना की पहचान करना संभव है।