Femtosecond လေဆာ

A femtosecond လေဆာအလွန်တိုတောင်းသောအချိန်အတိုင်းအတာတစ်ခုအထိသာ အလင်းထုတ်လွှတ်သည့် "ultrashort pulse light" ထုတ်ပေးသည့်ကိရိယာတစ်ခုဖြစ်သည်။ Fei သည် Femto ၏ အတိုကောက်ဖြစ်ပြီး၊ International System of Units ၏ရှေ့ဆက်ဖြစ်ပြီး 1 femtosecond = 1×10^-15 စက္ကန့်ဖြစ်သည်။ Pulsed Light ဟုခေါ်သော အလင်းသည် တခဏမျှသာ အလင်းထုတ်လွှတ်သည်။ ကင်မရာတစ်လုံး၏ ဖလက်ရှ်အလင်းထုတ်လွှတ်သည့်အချိန်သည် 1 မိုက်ခရိုစက္ကန့်ခန့်ဖြစ်သောကြောင့် femtosecond ၏ အလွန်တိုတောင်းသော သွေးခုန်နှုန်းအလင်းသည် ၎င်း၏အချိန်၏ တစ်ဘီလီယံပုံတစ်ပုံခန့်သာ အလင်းထုတ်လွှတ်သည်။ အားလုံးသိကြသည့်အတိုင်း အလင်း၏အမြန်နှုန်းသည် တစ်စက္ကန့်လျှင် ကီလိုမီတာ ၃၀၀,၀၀၀ (တစ်စက္ကန့်လျှင် ၇ စက္ကန့်အတွင်း ကမ္ဘာကို ပတ်ပတ်လည်) တွင် ယှဉ်နိုင်သောအမြန်နှုန်းဖြင့် ဖြစ်သော်လည်း 1 femtosecond တွင်ပင် အလင်းသည် 0.3 microns သာ တိုးတတ်ပါသည်။

မကြာခဏဆိုသလို၊ Flash ဓာတ်ပုံရိုက်ခြင်းဖြင့် ကျွန်ုပ်တို့သည် ရွေ့လျားနေသော အရာဝတ္ထုတစ်ခု၏ တဒင်္ဂအခြေအနေကို ဖြတ်တောက်နိုင်သည်။ အလားတူပင်၊ femtosecond လေဆာရောင်ခြည်ဖြင့် အလင်းပြပါက၊ ပြင်းထန်သောအရှိန်ဖြင့် ရွေ့လျားသွားသည့်တိုင် ဓာတုတုံ့ပြန်မှုအပိုင်းအစတိုင်းကို မြင်တွေ့နိုင်သည်။ ဤအဆုံးသတ်ရန်အတွက် ဓာတုတုံ့ပြန်မှု၏လျှို့ဝှက်ဆန်းကြယ်မှုကို လေ့လာရန်အတွက် femtosecond လေဆာများကို အသုံးပြုနိုင်သည်။
ယေဘုယျအားဖြင့် ဓာတုတုံ့ပြန်မှုများသည် စွမ်းအင်မြင့်မားသော အလယ်အလတ်အခြေအနေတစ်ခုကို ဖြတ်သန်းပြီးနောက် ယင်းကို "activated state" ဟုခေါ်သည်။ အသက်ဝင်နေသော အခြေအနေရှိကြောင်း 1889 ခုနှစ်အစောပိုင်းတွင် ဓာတုဗေဒပညာရှင် Arrhenius မှ သီအိုရီအရ ဟောကိန်းထုတ်ခဲ့သော်လည်း အချိန်တိုအတွင်း တည်ရှိနေသောကြောင့် တိုက်ရိုက်ကြည့်ရှု၍မရပါ။ သို့သော် ၎င်း၏တည်ရှိမှုကို femtosecond လေဆာများဖြင့် တိုက်ရိုက်ပြသခဲ့ပြီး 1980 ခုနှစ်နှောင်းပိုင်းတွင် femtosecond လေဆာများဖြင့် တိုက်ရိုက်ပြသခဲ့ပြီး၊ ဓာတုတုံ့ပြန်မှုများကို femtosecond လေဆာများဖြင့် ညွှန်ပြနိုင်ပုံ ဥပမာတစ်ခုဖြစ်သည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ cyclopentanone မော်လီကျူးသည် ကာဗွန်မိုနောက်ဆိုဒ်နှင့် အီသလင်းမော်လီကျူး ၂ ခုအဖြစ် ပြိုကွဲသွားပါသည်။
ယခုအခါ Femtosecond လေဆာများကို ရူပဗေဒ၊ ဓာတုဗေဒ၊ သက်ရှိသိပ္ပံ၊ ဆေးပညာနှင့် အင်ဂျင်နီယာ၊ အထူးသဖြင့် အလင်းနှင့် အီလက်ထရွန်နစ်ပစ္စည်းများကဲ့သို့သော ကျယ်ပြန့်သောနယ်ပယ်များတွင်လည်း အသုံးပြုနေပြီဖြစ်သည်။ အဘယ်ကြောင့်ဆိုသော် အလင်း၏ပြင်းထန်မှုသည် တစ်နေရာမှတစ်နေရာသို့ သတင်းအမြောက်အမြားကို ဆုံးရှုံးမှုမရှိသလောက် ပို့လွှတ်နိုင်ပြီး optical communication ကို ပိုမိုမြန်ဆန်စေသောကြောင့်ဖြစ်သည်။ နျူကလီးယား ရူပဗေဒနယ်ပယ်တွင် femtosecond လေဆာများသည် ကြီးမားသော အကျိုးသက်ရောက်မှုကို ယူဆောင်လာခဲ့သည်။ pulsed light တွင် အလွန်အားကောင်းသော လျှပ်စစ်စက်ကွင်းရှိသောကြောင့်၊ 1 femtosecond အတွင်း အလင်း၏အမြန်နှုန်းအနီးသို့ အီလက်ထရွန်များကို အရှိန်မြှင့်နိုင်သောကြောင့် အီလက်ထရွန်များကို အရှိန်မြှင့်ရန်အတွက် "accelerator" အဖြစ် အသုံးပြုနိုင်ပါသည်။

ဆေးဘက်ဆိုင်ရာလျှောက်လွှာ
အထက်တွင်ဖော်ပြခဲ့သည့်အတိုင်း femtosecond ကမ္ဘာတွင် အလင်းသည် အလွန်ဝေးကွာသွားစေရန် အေးခဲနေသော်လည်း ယခုအချိန်တွင်ပင် စကေး၊ အက်တမ်များ၊ မော်လီကျူးများနှင့် ကွန်ပျူတာချစ်ပ်များအတွင်းရှိ အီလက်ထရွန်များသည် ဆားကစ်များအတွင်း ရွေ့လျားနေဆဲဖြစ်သည်။ အကယ်၍ femtosecond pulse ကို ချက်ခြင်းရပ်ရန် အသုံးပြုပါက ဘာဖြစ်မည်ကို လေ့လာပါ။ ရပ်တန့်ရန် မှိတ်တုတ်မှိတ်တုတ်ပြသည့်အချိန်အပြင်၊ femtosecond လေဆာများသည် အချင်း 200 nanometers (2/10,000th of a millimeter) အထိ သေးငယ်သောသတ္တုတွင်းများကို တူးဖော်နိုင်သည်။ ဆိုလိုသည်မှာ အချိန်တိုအတွင်း အတွင်း၌ ဖိသိပ်ထားပြီး လော့ခ်ချထားသည့် အလွန်တိုတောင်းသော အလင်းသည် အလွန်မြင့်မားသော အထွက်၏ အံ့သြဖွယ်အကျိုးသက်ရောက်မှုကို ရရှိပြီး ပတ်ဝန်းကျင်ကို နောက်ထပ် ထိခိုက်မှုမဖြစ်စေကြောင်း ဆိုလိုသည်။ ထို့အပြင်၊ femtosecond လေဆာ၏ တွန်းပို့သောအလင်းသည် အရာဝတ္ထုများ၏ အလွန်ကောင်းမွန်သော စတီရီယိုစကုပ်ပုံများကို ဖမ်းယူနိုင်သည်။ Stereoscopic imaging သည် ဆေးဘက်ဆိုင်ရာ ရောဂါရှာဖွေရာတွင် အလွန်အသုံးဝင်သောကြောင့် optical interference tomography ဟုခေါ်သော သုတေသနနယ်ပယ်သစ်ကို ဖွင့်လှစ်ပေးပါသည်။ ၎င်းသည် femtosecond လေဆာဖြင့် ရိုက်ကူးထားသော သက်ရှိတစ်ရှူးများနှင့် သက်ရှိဆဲလ်များ၏ stereoscopic ပုံဖြစ်သည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ အလွန်တိုတောင်းသောအလင်း၏သွေးခုန်နှုန်းသည် အရေပြားဆီသို့ ဦးတည်သည်၊ ခုန်နေသောအလင်းရောင်သည် အရေပြားမျက်နှာပြင်မှထင်ဟပ်ကာ၊ ရောင်ပြန်ဟပ်သောအလင်း၏အစိတ်အပိုင်းကို အရေပြားအတွင်းသို့ ထိုးသွင်းသည်။ အရေပြားအတွင်းပိုင်းကို အလွှာများစွာဖြင့် ဖွဲ့စည်းထားပြီး အရေပြားအတွင်းသို့ ဝင်ရောက်လာသော အလင်းရောင်သည် သေးငယ်သော အလင်းတန်းတစ်ခုအဖြစ် ပြန်ပြောင်းသွားကာ အရေပြားအတွင်းပိုင်းဖွဲ့စည်းပုံအား ရောင်ပြန်ဟပ်နေသော အလင်းထဲတွင် ဤအမျိုးမျိုးသော ခုန်နေသောအလင်းရောင်များ၏ ပဲ့တင်သံများမှ သိရှိနိုင်သည်။
ထို့အပြင်၊ ဤနည်းပညာသည် မျက်စိပညာတွင် အလွန်အသုံးဝင်ပြီး မျက်လုံးအတွင်း မြင်လွှာ၏ stereoscopic ပုံများကို ဖမ်းယူနိုင်စွမ်းရှိသည်။ ဒါက ဆရာဝန်တွေကို သူတို့ရဲ့ တစ်သျှူးတွေမှာ ပြဿနာရှိမရှိ စစ်ဆေးနိုင်စေတယ်။ ဤစစ်ဆေးမှုအမျိုးအစားသည် မျက်လုံးအတွက် အကန့်အသတ်မရှိပါ။ အကယ်၍ လေဆာကို optical fiber ဖြင့် ခန္ဓာကိုယ်ထဲသို့ ပေးပို့ပါက၊ ခန္ဓာကိုယ်တွင်းရှိ အင်္ဂါအစိတ်အပိုင်း အသီးသီး၏ တစ်ရှူးအားလုံးကို စစ်ဆေးရန် ဖြစ်နိုင်ပြီး ၎င်းသည် အနာဂတ်တွင် ကင်ဆာဖြစ်လာခြင်း ရှိမရှိ စစ်ဆေးရန်ပင် ဖြစ်နိုင်သည်။

အလွန်တိကျသောနာရီကို အကောင်အထည်ဖော်ခြင်း။
သိပ္ပံပညာရှင်များ ယုံလျှင် တစ်ခု၊femtosecond လေဆာနာရီကို မြင်နိုင်သောအလင်းရောင်ဖြင့် ပြုလုပ်ထားသောကြောင့် အချိန်ကို အနုမြူနာရီများထက် ပိုမိုတိကျစွာ တိုင်းတာနိုင်မည်ဖြစ်ပြီး ၎င်းသည် လာမည့်နှစ်များအတွက် ကမ္ဘာ့အတိကျဆုံးနာရီ ဖြစ်လာမည်ဖြစ်သည်။ နာရီသည် တိကျပါက၊ ကားလမ်းကြောင်းပြရာတွင် အသုံးပြုသည့် GPS (ကမ္ဘာလုံးဆိုင်ရာ တည်နေရာပြစနစ်) ၏ တိကျမှုကိုလည်း အလွန်တိုးတက်စေသည်။
မြင်နိုင်သောအလင်းရောင်သည် အဘယ်ကြောင့်တိကျသောနာရီကို ဖန်တီးနိုင်သနည်း။ နာရီများနှင့် နာရီများအားလုံးသည် ချိန်သီးတစ်လုံးနှင့် ဂီယာ၏ရွေ့လျားမှုမှ ခွဲထွက်၍မရနိုင်ဘဲ၊ တိကျသောတုန်ခါမှုကြိမ်နှုန်းဖြင့်ချိန်သီး၏တုန်ခါမှုမှတစ်ဆင့် ဂီယာသည် စက္ကန့်အတော်ကြာ လည်ပတ်နေပြီး တိကျသောနာရီသည် ချွင်းချက်မဟုတ်ပါ။ ထို့ကြောင့် ပိုမိုတိကျသောနာရီကိုပြုလုပ်ရန်အတွက် ပိုမိုမြင့်မားသောတုန်ခါမှုကြိမ်နှုန်းရှိသောချိန်သီးကိုအသုံးပြုရန်လိုအပ်ပါသည်။ Quartz နာရီများ (ချိန်သီးများအစား ပုံဆောင်ခဲများဖြင့် လည်ပတ်နေသော နာရီများ) သည် ချိန်သီးနာရီများထက် ပိုမိုတိကျသောကြောင့် quartz resonator သည် တစ်စက္ကန့်လျှင် အကြိမ်များ ပိုမိုလည်ပတ်နိုင်သောကြောင့်ဖြစ်သည်။
ယခုအချိန်စံဖြစ်သည့် စီစီယမ်အက်တမ်နာရီသည် ကြိမ်နှုန်း 9.2 ဂစ်ဂါဟတ် (နိုင်ငံတကာယူနစ် giga၊ 1 giga = 10^9) ခန့်ဖြင့် တုန်လှုပ်နေသည်။ အက်တမ်နာရီသည် ချိန်သီးကို မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်များဖြင့် အစားထိုးရန် Cesium အက်တမ်များ၏ သဘာဝ တုန်ခါနှုန်းကို အသုံးပြုထားပြီး ၎င်း၏ တိကျမှုသည် နှစ်သန်းပေါင်းများစွာအတွင်း 1 စက္ကန့်သာရှိသည်။ ဆန့်ကျင်ဘက်အားဖြင့် မြင်နိုင်သောအလင်းတွင် လှိုင်းနှုန်းသည် မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်ထက် အဆ 100,000 မှ 1,000,000 ပိုများသည်၊ ဆိုလိုသည်မှာ မြင်နိုင်သောအလင်းစွမ်းအင်ကိုအသုံးပြု၍ အက်တမ်နာရီများထက် အဆပေါင်းသန်းပေါင်းများစွာ ပိုမိုတိကျသောတိကျသောနာရီကိုဖန်တီးရန်ဖြစ်သည်။ မြင်နိုင်သောအလင်းရောင်ကိုအသုံးပြု၍ ကမ္ဘာ့အတိကျဆုံးနာရီကို ဓာတ်ခွဲခန်းတွင် အောင်မြင်စွာတည်ဆောက်နိုင်ခဲ့သည်။
ဤတိကျသောနာရီ၏အကူအညီဖြင့် အိုင်းစတိုင်း၏နှိုင်းရသီအိုရီကို အတည်ပြုနိုင်သည်။ ဒီတိကျတဲ့နာရီတွေကို ဓာတ်ခွဲခန်းထဲမှာ ထားပြီး နောက်တစ်လုံးကို အောက်ထပ်ရုံးခန်းထဲမှာ ထည့်ထားတယ်၊ တစ်နာရီ ဒါမှမဟုတ် နှစ်နာရီလောက်ကြာတဲ့အခါ ရလဒ်က အိုင်းစတိုင်းရဲ့ နှိုင်းရသီအိုရီက ဟောကိန်းထုတ်ထားတဲ့အတိုင်းပဲ၊ “ကြမ်းပြင်ကြားက နာရီနှစ်လုံးက တစ်ချိန်တည်းကို ညွှန်မနေတော့ဘဲ အောက်ထပ်က နာရီက အပေါ်ထပ်က နာရီထက် ပိုနှေးတယ်။ ပိုမိုတိကျသောနာရီဖြင့်၊ လက်ကောက်ဝတ်နှင့် ခြေကျင်းဝတ်ရှိအချိန်သည် ထိုနေ့တွင်ပင် ကွဲပြားပေမည်။ တိကျသောနာရီများအကူအညီဖြင့် ကျွန်ုပ်တို့သည် နှိုင်းရပညာ၏ မှော်ဆန်မှုကို ရိုးရှင်းစွာခံစားနိုင်သည်။

အလင်းအမြန်နှုန်း နှေးကွေးစေသော နည်းပညာ
1999 ခုနှစ်တွင် အမေရိကန်ပြည်ထောင်စု Hubbard တက္ကသိုလ်မှ ပါမောက္ခ Rainer Howe သည် အလင်းအား တစ်စက္ကန့်လျှင် 17 မီတာအထိ အောင်မြင်စွာ အရှိန်မြှင့်ကာ ကားတစ်စီးကို ဖမ်းနိုင်သော အမြန်နှုန်းကို အောင်မြင်စွာ နှေးကွေးစေကာ စက်ဘီးကိုပင် အမီလိုက်နိုင်သော အဆင့်အထိ အောင်မြင်စွာ အရှိန်လျှော့နိုင်ခဲ့သည်။ ဤစမ်းသပ်ချက်သည် ရူပဗေဒတွင် နောက်ဆုံးပေါ် သုတေသနပြုချက်များစွာ ပါဝင်ပြီး ဤဆောင်းပါးသည် စမ်းသပ်မှုအောင်မြင်ရန်အတွက် သော့နှစ်ချောင်းသာ မိတ်ဆက်ပေးပါသည်။ တစ်ခုကတော့ Bose-Einstein condensate လို့ခေါ်တဲ့ အထူးဓာတ်ငွေ့အခြေအနေ (-273.15°C) နဲ့ နီးစပ်တဲ့ အလွန်နိမ့်တဲ့ အပူချိန်မှာ ဆိုဒီယမ် အက်တမ်တွေကို တည်ဆောက်ဖို့ ဖြစ်ပါတယ်။ နောက်တစ်ခုက တုန်ခါမှုကြိမ်နှုန်းကို ထိန်းညှိပေးတဲ့ လေဆာရောင်ခြည် (ထိန်းချုပ်မှုအတွက် လေဆာ) နဲ့ ဆိုဒီယမ်အက်တမ်တွေရဲ့ တိမ်တိုက်တွေကို ဓာတ်ရောင်ခြည်ပေးကာ ရလဒ်အနေနဲ့ မယုံနိုင်စရာတွေ ဖြစ်ပေါ်လာပါတယ်။
သိပ္ပံပညာရှင်များသည် အက်တမ်တိမ်တိုက်အတွင်း အလင်းအား ဖိသိပ်ရန် ထိန်းချုပ်လေဆာကို ပထမဆုံးအသုံးပြုကာ အရှိန်သည် အလွန်နှေးကွေးသွားခဲ့သည်။ ဤအချိန်တွင်၊ ထိန်းချုပ်မှုလေဆာကို ပိတ်လိုက်သည်၊ ခုန်နေသောအလင်းရောင် ပျောက်ကွယ်သွားပြီး၊ တောက်လိုက်သောအလင်းပေါ်ရှိ အချက်အလက်များကို အက်တမ်၏တိမ်တိုက်တွင် သိမ်းဆည်းထားသည်။ . ထို့နောက် ၎င်းအား ထိန်းချုပ်လေဆာဖြင့် ဓာတ်ရောင်ခြည်ဖြင့် ဖြာထွက်ပြီး အလင်းအား ပြန်လည်ရရှိပြီး ၎င်းသည် အက်တမ်များ၏ တိမ်တိုက်မှ ထွက်လာသည်။ ထို့ကြောင့် မူလဖိထားသော သွေးခုန်နှုန်းကို နောက်တစ်ကြိမ် ဆန့်ထုတ်ပြီး အရှိန်ပြန်ရလာသည်။ အက်တမ်တိမ်တိုက်တစ်ခုထဲသို့ အလင်းထုတ်လွှတ်သော သတင်းအချက်အလက်များ ဝင်ရောက်ခြင်း၏ လုပ်ငန်းစဉ်တစ်ခုလုံးသည် ကွန်ပျူတာတွင် စာဖတ်ခြင်း၊ သိမ်းဆည်းခြင်းနှင့် ပြန်လည်သတ်မှတ်ခြင်းများနှင့် ဆင်တူသောကြောင့် ဤနည်းပညာသည် ကွမ်တမ်ကွန်ပျူတာများကို အကောင်အထည်ဖော်ရန်အတွက် အထောက်အကူဖြစ်သည်။

ကမ္ဘာသည် "femtosecond" မှ "attosecond" သို့
Femtosecondsကျွန်ုပ်တို့၏ စိတ်ကူးယဉ်မှုကို ကျော်လွန်နေပါသည်။ ယခု ကျွန်ုပ်တို့သည် femtoseconds ထက်တိုသော attoseconds များကမ္ဘာသို့ ပြန်လည်ရောက်ရှိနေပြီဖြစ်သည်။ A သည် SI prefix atto အတွက် အတိုကောက်ဖြစ်သည်။ 1 attosecond = 1 × 10^-18 စက္ကန့် = femtosecond ၏ တစ်ထောင် သွေးခုန်နှုန်းကိုတိုစေရန်အတွက် အလင်းလှိုင်းအလျားတိုသောကြောင့် Attosecond pulses ကို မြင်နိုင်သောအလင်းရောင်ဖြင့် ပြုလုပ်၍မရပါ။ ဥပမာအားဖြင့် ပဲမျိုးစုံကို အနီရောင်မြင်ရတဲ့ အလင်းရောင်နဲ့ ပြုလုပ်တဲ့ ကိစ္စမှာ ပဲမျိုးစုံကို အဲဒီလှိုင်းအလျားထက် ပိုတိုအောင် ပြုလုပ်ဖို့ မဖြစ်နိုင်ပါဘူး။ မြင်နိုင်သောအလင်းရောင်သည် 2 femtoseconds ဝန်းကျင်တွင် ကန့်သတ်ချက် ရှိပြီး attosecond pulses သည် ပိုတိုသော wavelength x-rays သို့မဟုတ် gamma rays ကို အသုံးပြုသည်။ attosecond X-ray pulses ကို အသုံးပြု၍ အနာဂတ်တွင် မည်သည့်အရာကို ရှာဖွေတွေ့ရှိမည်ကို မသိရသေးပါ။ ဥပမာအားဖြင့်၊ ဇီဝမော်လီကျူးများကို မြင်သာစေရန် attosecond flashes ကိုအသုံးပြုခြင်းသည် အလွန်တိုတောင်းသောအချိန်အတိုင်းအတာများပေါ်တွင် ၎င်းတို့၏လုပ်ဆောင်ချက်ကို စောင့်ကြည့်နိုင်စေပြီး ဇီဝမော်လီကျူးများ၏ဖွဲ့စည်းပုံကိုလည်း သိရှိနိုင်မည်ဖြစ်သည်။