फेमटोसेकंड लेजर

A फेमटोसेकंड लेजरएक "अल्ट्राशॉर्ट पल्स लाइट" उत्पन्न करने वाला उपकरण है जो केवल एक-गीगासेकंड के अल्ट्राशॉर्ट समय के लिए प्रकाश का उत्सर्जन करता है। Fei, Femto का संक्षिप्त नाम है, जो इंटरनेशनल सिस्टम ऑफ यूनिट्स का उपसर्ग है, और 1 femtosecond = 1×10^-15 सेकंड है। तथाकथित स्पंदित प्रकाश क्षण भर के लिए ही प्रकाश उत्सर्जित करता है। एक कैमरे के फ्लैश का प्रकाश उत्सर्जक समय लगभग 1 माइक्रोसेकंड है, इसलिए फेमटोसेकंड की अल्ट्रा-शॉर्ट पल्स लाइट अपने समय के लगभग एक अरबवें हिस्से के लिए ही प्रकाश का उत्सर्जन करती है। जैसा कि हम सभी जानते हैं कि प्रकाश की गति 300,000 किलोमीटर प्रति सेकंड (पृथ्वी के चारों ओर 1 सेकंड में साढ़े सात चक्कर) एक अद्वितीय गति से होती है, लेकिन 1 फीमेलटोसेकंड में, यहां तक ​​कि प्रकाश केवल 0.3 माइक्रोन से आगे बढ़ता है।

अक्सर, फ्लैश फोटोग्राफी के साथ हम एक चलती वस्तु की क्षणिक स्थिति को काटने में सक्षम होते हैं। इसी तरह, अगर एक फेमटोसेकंड लेजर फ्लैश किया जाता है, तो रासायनिक प्रतिक्रिया के हर टुकड़े को देखना संभव है, भले ही यह हिंसक गति से आगे बढ़े। इसके लिए, रासायनिक प्रतिक्रियाओं के रहस्य का अध्ययन करने के लिए फेमटोसेकंड लेजर का उपयोग किया जा सकता है।
उच्च ऊर्जा, तथाकथित "सक्रिय अवस्था" के साथ एक मध्यवर्ती अवस्था से गुजरने के बाद सामान्य रासायनिक प्रतिक्रियाएं की जाती हैं। एक सक्रिय अवस्था के अस्तित्व की सैद्धांतिक रूप से 1889 की शुरुआत में रसायनज्ञ अरहेनियस द्वारा भविष्यवाणी की गई थी, लेकिन इसे सीधे तौर पर नहीं देखा जा सकता है क्योंकि यह बहुत कम समय के लिए मौजूद है। लेकिन 1980 के दशक के उत्तरार्ध में इसके अस्तित्व को सीधे तौर पर फेमटोसेकंड लेज़रों द्वारा प्रदर्शित किया गया था, यह एक उदाहरण है कि फ़ेमटोसेकंड लेज़रों के साथ रासायनिक प्रतिक्रियाओं को कैसे निर्धारित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, साइक्लोपेंटेनोन अणु सक्रिय अवस्था द्वारा कार्बन मोनोऑक्साइड और 2 एथिलीन अणुओं में विघटित हो जाता है।
फेमटोसेकंड लेजर का उपयोग अब भौतिकी, रसायन विज्ञान, जीवन विज्ञान, चिकित्सा और इंजीनियरिंग जैसे क्षेत्रों की एक विस्तृत श्रृंखला में भी किया जाता है, विशेष रूप से प्रकाश और इलेक्ट्रॉनिक्स में। ऐसा इसलिए है क्योंकि प्रकाश की तीव्रता लगभग बिना किसी नुकसान के बड़ी मात्रा में सूचना को एक स्थान से दूसरे स्थान तक पहुंचा सकती है, जिससे ऑप्टिकल संचार में और तेजी आती है। परमाणु भौतिकी के क्षेत्र में, फेमटोसेकंड लेज़रों ने बहुत बड़ा प्रभाव डाला है। चूंकि स्पंदित प्रकाश में एक बहुत मजबूत विद्युत क्षेत्र होता है, इसलिए इलेक्ट्रॉनों को 1 फेमटोसेकंड के भीतर प्रकाश की गति के करीब पहुंचाना संभव है, इसलिए इसे इलेक्ट्रॉनों को तेज करने के लिए "त्वरक" के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।

चिकित्सा में आवेदन
जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, फेमटोसेकंड की दुनिया में प्रकाश भी जमी हुई है ताकि वह बहुत दूर तक यात्रा न कर सके, लेकिन इस समय के पैमाने पर भी, परमाणु, अणु और कंप्यूटर चिप्स के अंदर इलेक्ट्रॉन अभी भी सर्किट में घूम रहे हैं। यदि फीमटोसेकंड पल्स का उपयोग इसे तुरंत रोकने के लिए किया जा सकता है, तो अध्ययन करें कि क्या होता है। रुकने के लिए फ्लैशिंग समय के अलावा, फेमटोसेकंड लेजर धातु में 200 नैनोमीटर (मिलीमीटर का 2/10,000वां) जितना छोटा छेद ड्रिल करने में सक्षम हैं। इसका मतलब यह है कि अल्ट्रा-शॉर्ट स्पंदित प्रकाश जो कम समय में संकुचित और अंदर बंद हो जाता है, अल्ट्रा-हाई आउटपुट का अद्भुत प्रभाव प्राप्त करता है, और आसपास के अतिरिक्त नुकसान का कारण नहीं बनता है। इसके अलावा, फेमटोसेकंड लेजर का स्पंदित प्रकाश वस्तुओं की अत्यंत सूक्ष्म त्रिविम छवियां ले सकता है। चिकित्सा निदान में स्टीरियोस्कोपिक इमेजिंग बहुत उपयोगी है, इस प्रकार ऑप्टिकल हस्तक्षेप टोमोग्राफी नामक अनुसंधान के एक नए क्षेत्र को खोलना। यह जीवित ऊतक और जीवित कोशिकाओं की एक त्रिविम छवि है जिसे एक फेमटोसेकंड लेजर से लिया गया है। उदाहरण के लिए, प्रकाश की एक बहुत छोटी नाड़ी त्वचा पर लक्षित होती है, स्पंदित प्रकाश त्वचा की सतह से परावर्तित होता है, और स्पंदित प्रकाश का एक हिस्सा त्वचा में अंतःक्षिप्त होता है। त्वचा के अंदर कई परतों से बना है, और त्वचा में प्रवेश करने वाले स्पंदित प्रकाश को एक छोटे स्पंदित प्रकाश के रूप में वापस उछाल दिया जाता है, और त्वचा की आंतरिक संरचना को परावर्तित प्रकाश में इन विभिन्न स्पंदित प्रकाश की गूँज से जाना जा सकता है।
इसके अलावा, इस तकनीक की नेत्र विज्ञान में बहुत उपयोगिता है, जो आंखों में गहरी रेटिना की स्टीरियोस्कोपिक छवियों को लेने में सक्षम है। यह डॉक्टरों को निदान करने की अनुमति देता है कि उनके ऊतक में कोई समस्या है या नहीं। इस प्रकार की जांच केवल आंखों तक ही सीमित नहीं है। यदि एक ऑप्टिकल फाइबर के साथ शरीर में एक लेजर भेजा जाता है, तो शरीर के विभिन्न अंगों के सभी ऊतकों की जांच करना संभव है, और यह जांचना भी संभव हो सकता है कि क्या यह भविष्य में कैंसर बन गया है।

अति-सटीक घड़ी लागू करना
वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि अगर एफेमटोसेकंड लेजरघड़ी दृश्य प्रकाश का उपयोग करके बनाई गई है, यह परमाणु घड़ियों की तुलना में समय को अधिक सटीक रूप से मापने में सक्षम होगी, और यह आने वाले वर्षों के लिए दुनिया की सबसे सटीक घड़ी होगी। यदि घड़ी सटीक है, तो कार नेविगेशन के लिए उपयोग किए जाने वाले जीपीएस (ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम) की सटीकता में भी काफी सुधार होता है।
दृश्य प्रकाश एक सटीक घड़ी क्यों बना सकता है? सभी घड़ियाँ और घड़ियाँ एक पेंडुलम और एक गियर की गति से अविभाज्य हैं, और एक सटीक कंपन आवृत्ति के साथ पेंडुलम के दोलन के माध्यम से, गियर सेकंड के लिए घूमता है, और एक सटीक घड़ी कोई अपवाद नहीं है। इसलिए, अधिक सटीक घड़ी बनाने के लिए, उच्च कंपन आवृत्ति वाले पेंडुलम का उपयोग करना आवश्यक है। क्वार्ट्ज घड़ियाँ (पेंडुलम के बजाय क्रिस्टल के साथ दोलन करने वाली घड़ियाँ) पेंडुलम घड़ियों की तुलना में अधिक सटीक होती हैं क्योंकि क्वार्ट्ज रेज़ोनेटर प्रति सेकंड अधिक बार दोलन करता है।
सीज़ियम परमाणु घड़ी, जो अब समय मानक है, लगभग 9.2 गीगाहर्ट्ज़ (अंतर्राष्ट्रीय इकाई गीगा का उपसर्ग, 1 गीगा = 10^9) की आवृत्ति पर दोलन करती है। परमाणु घड़ी समान दोलन आवृत्ति के साथ पेंडुलम को माइक्रोवेव से बदलने के लिए सीज़ियम परमाणुओं की प्राकृतिक दोलन आवृत्ति का उपयोग करती है, और इसकी सटीकता लाखों वर्षों में केवल 1 सेकंड है। इसके विपरीत, दृश्यमान प्रकाश की दोलन आवृत्ति माइक्रोवेव की तुलना में 100,000 से 1,000,000 गुना अधिक होती है, अर्थात, दृश्य प्रकाश ऊर्जा का उपयोग करके एक सटीक घड़ी बनाई जाती है जो परमाणु घड़ियों की तुलना में लाखों गुना अधिक सटीक होती है। दृश्यमान प्रकाश का उपयोग करने वाली दुनिया की सबसे सटीक घड़ी अब प्रयोगशाला में सफलतापूर्वक बनाई गई है।
इस सटीक घड़ी की मदद से आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत को सत्यापित किया जा सकता है। इन सटीक घड़ियों में से एक को हमने प्रयोगशाला में और दूसरे को नीचे के कार्यालय में रखा, यह देखते हुए कि क्या हो सकता है, एक या दो घंटे के बाद, परिणाम आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत द्वारा भविष्यवाणी की गई थी, दोनों के कारण अलग-अलग "गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र" हैं। "फर्शों के बीच, दो घड़ियाँ अब एक ही समय की ओर इशारा नहीं करती हैं, और नीचे की घड़ी ऊपर की तुलना में धीमी चलती है। अधिक सटीक घड़ी के साथ, शायद उस दिन कलाई और टखने पर भी समय अलग होगा। हम सटीक घड़ियों की मदद से सापेक्षता के जादू का अनुभव कर सकते हैं।

हल्की गति धीमी करने वाली तकनीक
1999 में, संयुक्त राज्य अमेरिका में हबर्ड विश्वविद्यालय के प्रोफेसर रेनर होवे ने सफलतापूर्वक प्रकाश को 17 मीटर प्रति सेकंड तक धीमा कर दिया, एक गति जिसे एक कार पकड़ सकती है, और फिर सफलतापूर्वक उस स्तर तक धीमी हो जाती है जिसे एक साइकिल भी पकड़ सकती है। इस प्रयोग में भौतिकी में सबसे अत्याधुनिक शोध शामिल है, और यह आलेख प्रयोग की सफलता के लिए केवल दो कुंजी पेश करता है। पहला सोडियम परमाणुओं के "बादल" को निरपेक्ष शून्य (-273.15 डिग्री सेल्सियस) के बेहद कम तापमान पर बनाना है, जो बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट नामक एक विशेष गैस अवस्था है। दूसरा एक लेज़र है जो कंपन आवृत्ति (नियंत्रण के लिए लेज़र) को नियंत्रित करता है और इसके साथ सोडियम परमाणुओं के एक बादल को विकिरणित करता है, और परिणामस्वरूप, अविश्वसनीय चीजें होती हैं।
परमाणु के बादल में स्पंदित प्रकाश को संपीड़ित करने के लिए वैज्ञानिक पहले कंट्रोल लेजर का उपयोग करते हैं, और गति बेहद धीमी हो जाती है। इस समय, नियंत्रण लेजर बंद हो जाता है, स्पंदित प्रकाश गायब हो जाता है, और स्पंदित प्रकाश पर ले जाने वाली जानकारी परमाणुओं के बादल में संग्रहीत होती है। . फिर इसे एक नियंत्रण लेजर से विकिरणित किया जाता है, स्पंदित प्रकाश को पुनः प्राप्त किया जाता है, और यह परमाणुओं के बादल से बाहर निकल जाता है। तो मूल रूप से संपीड़ित पल्स को फिर से बढ़ाया जाता है और गति बहाल हो जाती है। स्पंदित प्रकाश सूचना को परमाणु बादल में प्रवेश करने की पूरी प्रक्रिया कंप्यूटर में पढ़ने, भंडारण और रीसेट करने के समान है, इसलिए यह तकनीक क्वांटम कंप्यूटरों की प्राप्ति के लिए सहायक है।

"फेमटोसेकंड" से "एटोसेकंड" तक की दुनिया
फेमटोसेकंडहमारी कल्पना से परे हैं। अब हम एटोसेकंड की दुनिया में वापस आ गए हैं, जो फीमेलसेकंड से छोटे होते हैं। A, SI उपसर्ग atto का संक्षिप्त नाम है। 1 एटोसेकंड = 1 × 10^-18 सेकंड = एक महिला सेकंड का एक हजारवां हिस्सा। एटोसेकंड पल्स को दृश्य प्रकाश के साथ नहीं बनाया जा सकता है क्योंकि पल्स को छोटा करने के लिए प्रकाश की कम तरंग दैर्ध्य का उपयोग किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, लाल दृश्य प्रकाश के साथ दालों को बनाने के मामले में, दालों को उस तरंग दैर्ध्य से छोटा करना असंभव है। दृश्यमान प्रकाश की सीमा लगभग 2 femtoseconds होती है, जिसके लिए attosecond पल्स कम तरंग दैर्ध्य x-किरणों या गामा किरणों का उपयोग करते हैं। भविष्य में एटोसेकंड एक्स-रे दालों का उपयोग करके क्या खोजा जाएगा यह स्पष्ट नहीं है। उदाहरण के लिए, बायोमोलेक्यूल्स की कल्पना करने के लिए एटोसेकंड फ्लैश का उपयोग हमें बेहद कम समय के पैमाने पर उनकी गतिविधि का निरीक्षण करने में सक्षम बनाता है, और शायद बायोमोलेक्यूल्स की संरचना को इंगित करता है।