ما هي الفيمتوثانية

الفمتوثانية هي وحدة زمنية في النظام الدولي للوحدات ( SI ) تساوي 1 1،000،000،000،000،000 من الثانية، أي واحد كوادريليون أو واحد على مليون من المليار من الثانية، وبالنسبة إلى السياق، فإن الفيمتوثانية إلى الثانية هي حوالي 31.71 مليون سنة، حيث يسافر شعاع الضوء حوالي 0.3 ميكرومتر ميكرومتر في 1 فيمتوثانية، وهي مسافة مماثلة لقطر الفيروس.

الفيمتوثانية

تتكون كلمة فيمتوثانية من البادئة SI فيمتو والوحدة SI الثانية، ورمزها fs، حيث أن فيمتوثانية تساوي 1000 أتوثانية، أو 1/1000 بيكو ثانية، ونظرًا لأن وحدة النظام الدولي الأعلى التالية أكبر 1000 مرة، يتم التعبير عن الأوقات من 10 إلى14 و 10 إلى 13 ثانية عادةً في صورة عشرات أو مئات الفيمتوثانية.

فيما يخص الفيمتوثانية

• الخطوات الزمنية النموذجية لمحاكاة الديناميكيات الجزيئية تكون بترتيب 1 fs.

• تدوم فترات موجات الضوء المرئي حوالي 2 فيمتوثانية، وفي هذا القانون الذي يوضح الفيمتوثانية تعتمد المدة الدقيقة على طاقة الفوتونات التي تحدد لونها، ويمكن حساب هذا الوقت بقسمة الطول الموجي للضوء على سرعة الضوء (حوالي 3 × 10 8 م / ث) لتحديد الوقت المطلوب للضوء لقطع تلك المسافة.

أمثلة على الفيمتو ثانية

• 46 fs، وهو أسرع تفاعل كيميائي معروف، حيث يؤدي التحلل الإشعاعي للماء إلى تكوين أيون H ₂ O ⁺، والذي يتفاعل بسرعة ليصبح الهيدرونيوم H ₃ O ⁺ وجزيء أول أكسيد الهيدروجين قصير العمر (OH).

• 200 fs، وهو متوسط ​​التفاعل الكيميائي، مثل تفاعل الأصباغ في العين مع الضوء.

• 300 fs، وهو مدة اهتزاز الذرات في جزيء اليود.

كم هو قصير الفيمتو ثانية: الفيمتوثانية هي 10-15 ثانية أو ربع المليون من الثانية، إذ ان هناك حيلة لمعرفة مدى قصر الفيمتوثانية بالضبط، إذ يستخدم علماء الفلك وحدة السنة الضوئية لوصف المسافات الكبيرة جدًا.

تشكيل نبض الفيمتوثانية

في علم البصريات، يشير تشكيل النبض بالفيمتو إلى التلاعب بملف جانبي زمني لنبضة ليزر فائقة القصر يمكن استخدام تشكيل النبض لتقصير إطالة مدة النبض البصري، أو لتوليد نبضات معقدة، ويعد توليد متواليات من النبضات الضوئية فائقة القصر أمرًا أساسيًا في تحقيق الشبكات الضوئية فائقة السرعة وأنظمة الوصول المتعدد لقسم الكود البصري (OCDMA) وتحفيز التفاعل الكيميائي والبيولوجي ومراقبته وما إلى ذلك بناءً على المتطلبات.

حيث يمكن تصميم أدوات تشكيل النبض للتمدد والضغط أو إنتاج قطار من النبضات من نبضة إدخال واحدة، إذ أن القدرة على إنتاج قطارات من النبضات مع فصل الفيمتوثانية أو البيكو ثانية تعني إرسال المعلومات الضوئية بسرعات عالية جدًا، وفي علوم الليزر فائق السرعة، غالبًا ما تستخدم أدوات تشكيل النبض كمكمل للضاغطات النبضية من أجل ضبط تعويض التشتت عالي الترتيب وتحقيق نبضات ضوئية قليلة الدورة محدودة التحويل.

تقنيات نبض الفيمتوثانية

يمكن تصور عامل النبض كمعدل، إذ يتم ضرب نبضة الإدخال بوظيفة تعديل للحصول على نبضة الإخراج المطلوبة، وقد تكون وظيفة التشكيل في صائغي النبض في مجال زمني أو مجال تردد، ويتم الحصول عليه بواسطة تحويل فورييه لملف تعريف الوقت للنبض. ومع ذلك، فإن تطبيق تقنية تشكيل النبض المباشر على مقياس زمني فيمتوثانية يواجه نفس المشكلة مثل قياس نبضات الفيمتوثانية المباشر، مثل قيود سرعة الإلكترونيات، حيث يمكن اعتبار مقياس تداخل ميكلسون كمشكل نبضي مباشر من الفضاء إلى الوقت حيث يتم نقل موضع المرآة المتحركة مباشرة إلى التأخير بين النبضات لزوج نبضة الخرج.

تحويل فورييه لتشكيل النبض

نبضة فائقة القصر ذات مجال كهربائي محدد جيدًاه، إذ يمكن تعديلها بمرشح مناسب يعمل في مجال التردد، ورياضيًا يتم تحويل النبضة إلى فورييه وتصفيتها وتحويلها إلى الخلف لإنتاج نبضة جديدة، ومن الممكن تصميم إعداد بصري بوظيفة مرشح عشوائيF(ω) التي يمكن أن تكون ذات قيمة معقدة، طالما|F(ω)|≤1.

يوضح الشكل كيف يمكن تحويل نبضة محدودة النطاق الترددي إلى نبضة زقزق مع مرشح يعمل فقط على الطور أو إلى نبضة أكثر تعقيدًا مع عمل المرشح على كل من الطور والسعة.

تصميم نبض الفيمتوثانية

يمكن للمرء أن يميز صائغي نبضات فيمتوثانية من خلال تصميمهم البصري، على سبيل المثال، أدوات تشكيل متداخلة وتشكيلات عرضية، ومن خلال قابليتها للبرمجة، يعني أدوات تشكيل ثابتة أو قابلة للتعديل يدويًا وقابلة للبرمجة.

ومن الأمثلة نبض الفيمتوثانية ثابت خطي، إذ أن ​​التكاثر في وسط مشتت عبارة عن مرآة مزقدة، أيضا نبض فيمتوثانية قابلة للبرمجة ذات علاقة خطية، ويسمى (AOPDF)، وثابت مستعرض، وهو نقالة وضاغط نبضي، حيث يمكن إضافة قناع ثابت في مستوى فورييه لتشكيل السعة، ونبض فيمتوثانية قابل للبرمجة المستعرضة، حيث أن مُعدِّل الضوء المكاني مُدرج في خط لا تشتت فيه.