Laser Femtodetik

A laser femtosecondadalah perangkat pembangkit "lampu pulsa ultrashort" yang memancarkan cahaya hanya untuk waktu sangat singkat sekitar satu gigadetik. Fei adalah singkatan dari Femto, awalan dari Sistem Satuan Internasional, dan 1 femtosekon = 1×10^-15 detik. Apa yang disebut cahaya berdenyut memancarkan cahaya hanya untuk sesaat. Waktu pancaran cahaya lampu kilat kamera adalah sekitar 1 mikrodetik, jadi cahaya pulsa ultra-pendek femtodetik hanya memancarkan cahaya sekitar sepermiliar waktunya. Seperti yang kita semua tahu, kecepatan cahaya adalah 300.000 kilometer per detik (7 setengah lingkaran mengelilingi bumi dalam 1 detik) dengan kecepatan yang tak tertandingi, tetapi dalam 1 femtodetik, bahkan cahaya hanya maju sebesar 0,3 mikron.

Seringkali, dengan fotografi flash, kita dapat memotong keadaan sesaat dari objek yang bergerak. Demikian juga, jika laser femtosecond di-flash, adalah mungkin untuk melihat setiap bagian dari reaksi kimia bahkan ketika berlangsung dengan kecepatan tinggi. Untuk tujuan ini, laser femtosecond dapat digunakan untuk mempelajari misteri reaksi kimia.
Reaksi kimia umum dilakukan setelah melewati keadaan antara dengan energi tinggi, yang disebut "keadaan aktif". Keberadaan keadaan aktif secara teoritis diprediksi oleh ahli kimia Arrhenius pada awal tahun 1889, tetapi tidak dapat diamati secara langsung karena ada untuk waktu yang sangat singkat. Tetapi keberadaannya secara langsung ditunjukkan oleh laser femtosecond pada akhir 1980-an, sebuah contoh bagaimana reaksi kimia dapat ditunjukkan dengan laser femtosecond. Misalnya, molekul siklopentanon didekomposisi menjadi karbon monoksida dan 2 molekul etilen dalam keadaan teraktivasi.
Laser femtosecond sekarang juga digunakan di berbagai bidang seperti fisika, kimia, ilmu kehidupan, kedokteran, dan teknik, terutama dalam cahaya dan elektronik. Hal ini karena intensitas cahaya dapat mentransmisikan sejumlah besar informasi dari satu tempat ke tempat lain dengan hampir tanpa kehilangan, selanjutnya mempercepat komunikasi optik. Di bidang fisika nuklir, laser femtosecond telah membawa dampak besar. Karena cahaya yang berdenyut memiliki medan listrik yang sangat kuat, maka dimungkinkan untuk mempercepat elektron mendekati kecepatan cahaya dalam waktu 1 femtosekon, sehingga dapat digunakan sebagai “akselerator” untuk mempercepat elektron.

Aplikasi dalam kedokteran
Seperti disebutkan di atas, di dunia femtosecond bahkan cahaya dibekukan sehingga tidak dapat berjalan terlalu jauh, tetapi bahkan pada skala waktu ini, atom, molekul dalam materi, dan elektron di dalam chip komputer masih bergerak dalam sirkuit. Jika denyut femtosecond dapat digunakan untuk menghentikannya secara instan, pelajari apa yang terjadi. Selain waktu berkedip untuk berhenti, laser femtosecond mampu mengebor lubang kecil pada logam berdiameter 200 nanometer (2/10.000 milimeter). Ini berarti bahwa cahaya berdenyut ultra-pendek yang dikompresi dan dikunci di dalam dalam waktu singkat mencapai efek luar biasa dari output ultra-tinggi, dan tidak menyebabkan kerusakan tambahan pada sekitarnya. Selanjutnya, cahaya berdenyut dari laser femtosecond dapat mengambil gambar stereoskopik objek yang sangat halus. Pencitraan stereoskopik sangat berguna dalam diagnosis medis, sehingga membuka bidang penelitian baru yang disebut tomografi interferensi optik. Ini adalah gambar stereoskopik jaringan hidup dan sel hidup yang diambil dengan laser femtosecond. Misalnya, pulsa cahaya yang sangat pendek ditujukan ke kulit, cahaya berdenyut dipantulkan dari permukaan kulit, dan sebagian cahaya berdenyut disuntikkan ke dalam kulit. Bagian dalam kulit terdiri dari banyak lapisan, dan cahaya berdenyut yang memasuki kulit dipantulkan kembali sebagai cahaya berdenyut kecil, dan struktur internal kulit dapat diketahui dari gema berbagai cahaya berdenyut ini dalam cahaya yang dipantulkan.
Selain itu, teknologi ini memiliki kegunaan yang besar dalam oftalmologi, mampu mengambil gambar stereoskopik retina jauh di dalam mata. Ini memungkinkan dokter untuk mendiagnosis apakah ada masalah dengan jaringan mereka. Jenis pemeriksaan ini tidak terbatas pada mata. Jika laser dikirim ke dalam tubuh dengan serat optik, adalah mungkin untuk memeriksa semua jaringan dari berbagai organ dalam tubuh, dan bahkan mungkin untuk memeriksa apakah itu telah menjadi kanker di masa depan.

Menerapkan jam ultra-presisi
Para ilmuwan percaya bahwa jikalaser femtosecondjam dibuat dengan menggunakan cahaya tampak, akan mampu mengukur waktu lebih tepat daripada jam atom, dan ini akan menjadi jam paling akurat di dunia untuk tahun-tahun mendatang. Jika jam akurat, maka akurasi GPS (Global Positioning System) yang digunakan untuk navigasi mobil juga sangat meningkat.
Mengapa cahaya tampak bisa membuat jam yang presisi? Semua jam dan jam tidak dapat dipisahkan dari pergerakan pendulum dan roda gigi, dan melalui osilasi pendulum dengan frekuensi getaran yang tepat, roda gigi berputar selama beberapa detik, dan jam yang akurat tidak terkecuali. Oleh karena itu, untuk membuat jam yang lebih akurat, perlu menggunakan bandul dengan frekuensi getaran yang lebih tinggi. Jam kuarsa (jam yang berosilasi dengan kristal, bukan pendulum) lebih akurat daripada jam pendulum karena resonator kuarsa berosilasi lebih banyak per detik.
Jam atom cesium, yang sekarang menjadi standar waktu, berosilasi pada frekuensi sekitar 9,2 gigahertz (awalan dari satuan internasional giga, 1 giga = 10^9). Jam atom menggunakan frekuensi osilasi alami atom cesium untuk menggantikan pendulum dengan gelombang mikro dengan frekuensi osilasi yang sama, dan akurasinya hanya 1 detik dalam puluhan juta tahun. Sebaliknya, cahaya tampak memiliki frekuensi osilasi 100.000 hingga 1.000.000 kali lebih tinggi daripada gelombang mikro, yaitu, menggunakan energi cahaya tampak untuk membuat jam presisi yang jutaan kali lebih akurat daripada jam atom. Jam paling akurat di dunia yang menggunakan cahaya tampak kini telah berhasil dibuat di laboratorium.
Dengan bantuan jam yang tepat ini, teori relativitas Einstein dapat diverifikasi. Kami menempatkan salah satu jam yang tepat ini di laboratorium dan yang lainnya di kantor di lantai bawah, mengingat apa yang mungkin terjadi, setelah satu atau dua jam, hasilnya seperti yang diprediksi oleh teori relativitas Einstein, karena keduanya Ada "medan gravitasi" yang berbeda Di antara lantai, kedua jam tidak lagi menunjuk ke waktu yang sama, dan jam di lantai bawah berjalan lebih lambat daripada yang ada di lantai atas. Dengan jam yang lebih akurat, bahkan mungkin waktu di pergelangan tangan dan pergelangan kaki akan berbeda hari itu. Kita dapat dengan mudah mengalami keajaiban relativitas dengan bantuan jam yang akurat.

Teknologi memperlambat kecepatan cahaya
Pada tahun 1999, Profesor Rainer Howe dari Universitas Hubbard di Amerika Serikat berhasil mengurangi kecepatan cahaya hingga 17 meter per detik, kecepatan yang dapat disusul oleh mobil, dan kemudian berhasil diperlambat ke tingkat yang bahkan dapat dikejar oleh sepeda. Eksperimen ini melibatkan penelitian paling mutakhir dalam fisika, dan artikel ini hanya memperkenalkan dua kunci keberhasilan eksperimen. Salah satunya adalah membangun "awan" atom natrium pada suhu yang sangat rendah mendekati nol mutlak (-273,15 °C), keadaan gas khusus yang disebut kondensat Bose-Einstein. Yang lainnya adalah laser yang memodulasi frekuensi getaran (laser untuk kontrol) dan menyinari awan atom natrium dengannya, dan sebagai hasilnya, hal-hal luar biasa terjadi.
Para ilmuwan pertama-tama menggunakan laser kontrol untuk memampatkan cahaya berdenyut di awan atom, dan kecepatannya sangat melambat. Pada saat ini, laser kontrol dimatikan, cahaya berdenyut menghilang, dan informasi yang dibawa oleh cahaya berdenyut disimpan di awan atom. . Kemudian disinari dengan laser kontrol, cahaya berdenyut dipulihkan, dan keluar dari awan atom. Jadi pulsa yang semula terkompresi diregangkan lagi dan kecepatannya dipulihkan. Seluruh proses memasukkan informasi cahaya berdenyut ke dalam awan atom mirip dengan membaca, menyimpan, dan mengatur ulang di komputer, sehingga teknologi ini sangat membantu untuk realisasi komputer kuantum.

Dunia dari "femtosecond" ke "attosecond"
Femtodetikberada di luar imajinasi kita. Sekarang kita kembali ke dunia attoseconds, yang lebih pendek dari femtoseconds. A adalah singkatan dari awalan SI atto. 1 attosekon = 1 × 10^-18 detik = seperseribu femtosekon. Pulsa attosecond tidak dapat dibuat dengan cahaya tampak karena panjang gelombang cahaya yang lebih pendek harus digunakan untuk memperpendek pulsa. Misalnya, dalam hal membuat pulsa dengan cahaya tampak merah, tidak mungkin membuat pulsa lebih pendek dari panjang gelombang itu. Cahaya tampak memiliki batas sekitar 2 femtosekon, di mana pulsa attosecond menggunakan sinar-x atau sinar gamma dengan panjang gelombang lebih pendek. Apa yang akan ditemukan di masa depan menggunakan pulsa sinar-X attosecond tidak jelas. Misalnya, penggunaan kedipan attosecond untuk memvisualisasikan biomolekul memungkinkan kita untuk mengamati aktivitasnya pada skala waktu yang sangat singkat, dan mungkin menunjukkan dengan tepat struktur biomolekul.