طیف سنجی لیزری و تصویربرداری لیزری

توضیحات کتاب

"کتابی بسیار ارزشمند برای دانشجویان کارشناسی ارشد و محققان در زمینه طیف سنجی لیزری که می توانم آن را به طور کامل توصیه کنم"

— ولفگانگ دمترودر، دانشگاه صنعتی کایزرسلاترن

چگونه می توان تصویری منسجم از این رشته با توجه به تمام تکنیک های موجود امروز ارائه داد؟ نویسندگان این کار دلهره آور را در این متن تاثیرگذار و پیشگامانه بر عهده گرفته اند. خوانندگان از مرور کلی مفاهیم اساسی با تمرکز بر کاربردهای علمی عملی و واقعی تجزیه و تحلیل و تصویربرداری طیف‌سنجی لیزری بهره خواهند برد. فصل‌ها از ساختاری منسجم پیروی می‌کنند که با خلاصه‌ای مختصر از اصول و مفاهیم کلیدی آغاز می‌شود، سپس مروری بر کاربردها، مزایا و مشکلات و در نهایت بحث مختصری در مورد پیشرفت‌های اساسی و پیشرفت‌های جاری ارائه می‌شود. نمونه های استفاده شده در این متن از فیزیک و شیمی تا علوم محیطی، زیست شناسی و پزشکی را در بر می گیرد.

بر استفاده عملی در آزمایشگاه و کاربردهای دنیای واقعی تمرکز دارد

مفاهیم اساسی، تنظیمات تجربی رایج را پوشش می دهد

مزایا و اخطارهای تکنیک ها را برجسته می کند

هر فصل را با تصویری از پیشرفت‌های پیشرفته به پایان می‌رساند

این کتاب برای هر کسی در علوم فیزیکی، زیست شناسی یا پزشکی که به دنبال مقدمه ای بر روش های طیف سنجی لیزری و روش های تصویربرداری هستند مناسب است.

هلموت اچ. تله، استاد تمام انستیتو چند رشته ای، دانشگاه کامپلوتنس مادرید، اسپانیا است.

آنجل گونزالس اورنیا، رئیس بخش پرتوهای مولکولی و لیزر، Instituto Pluridisciplinar، Universidad Complutense de Madrid، اسپانیا است.

فوتونیک و هوش مصنوعی

بیوسنسورهای نانوفوتونیکی با کمک هوش مصنوعی

یادگیری ماشین برای همگنی عملکرد تراشه های فوتونیکی

تشخیص پزشکی کم تهاجمی از طریق طیف‌سنجی شکست ناشی از لیزر (LIBS) همراه با یادگیری ماشین

فرسایش لیزری

فرسایش لیزری

حذف مواد جامد با استفاده از نور شدید لیزرفرسایش لیزری به معنای برداشتن مقداری ماده از سطح جامد با استفاده از نور شدید لیزر، معمولاً به شکل پرتو لیزر است. این اصطلاح اغلب به عنوان یک کاربرد لیزری در نظر گرفته نمی شود، بلکه به عنوان فرآیندی در زمینه کاربردهای خاص در پردازش مواد لیزری تفریقی (ماشین کاری لیزر)، مانند حکاکی لیزری، برش یا حفاری استفاده می شود.

کاربردهای لیزر ابلیشن

فرآیندهای فرسایش لیزر در بسیاری از زمینه های پردازش مواد لیزری استفاده می شود:

در فرآیندهای ماشینکاری لیزری مانند برش لیزری، حفاری و فرز لیزری، حذف مقداری از مواد مورد نیاز است.

همین امر برای حکاکی لیزری به منظور علامت گذاری لیزری یا موارد دیگر صدق می کند. در اینجا، اغلب نیاز به حذف مواد تا عمق مشخصی وجود دارد. یکنواختی به‌دست‌آمده و زبری کم سطح پایین‌تر حاصل می‌تواند مهم باشد. معمولاً ابلیشن با توالی بسیاری از پالس‌های لیزری انجام می‌شود که هر کدام کمی بر خلاف موقعیت قبلی حرکت می‌کنند. چنین فرآیندهایی با طیف وسیعی از مواد مانند فلزات، سرامیک ها، شیشه ها و پلیمرها امکان پذیر است.

قطعات ماشین برای بدست آوردن سطوح ریز بافت پردازش می شوند، به عنوان مثال. به منظور کاهش اصطکاک قطعات روغن کاری شده - برای مثال روی سیلندرها و پیستون های موتورهای احتراقی.

برخی از انواع اصلاح سطح لیزری نیز شامل فرسایش، معمولاً در مقیاس میکروسکوپی است.

تمیز کردن لیزر به معنای حذف برخی از نوع مواد ناخواسته است که اغلب تابش لیزر را بهتر از لایه زیرین جذب می کند. این گزینش پذیری در عمل اغلب برای حذف کامل تمام مواد ناخواسته و در عین حال حفظ مواد بستر بسیار مفید است.

پانل های فتوولتائیک لایه نازک باید در مرزهای خود عایق بندی شوند، به عنوان مثال، یک لایه فلزی باید جدا شود.

رسوب لیزر پالسی از فرسایش لیزری یک ماده به منظور رسوب آن در جای دیگر استفاده می کند.

یک کاربرد عجیب و غریب پیشرانه لیزری است که از پس زدن مواد فرسوده استفاده می کند [6]. برای سرعت‌های پس‌زدگی بسیار بالاتر از سرعت گازهای خروجی موشک‌ها، پیشرانه لیزری ممکن است از نظر جرم مورد نیاز پیشران کارآمدتر باشد، در حالی که به انرژی بیشتری نیاز دارد (به عنوان مثال از یک راکتور هسته‌ای).

همچنین برنامه های کاربردی خارج از حوزه پردازش مواد وجود دارد، به عنوان مثال. طیف‌سنجی شکست ناشی از لیزر (LIBS). در اینجا، یکی تابش توده پلاسمای تولید شده را به صورت طیفی تجزیه و تحلیل می کند.

کاربردهای غیر فنی لیزر فرسایش عمدتاً در حوزه پزشکی است:

جراحی لیزری به فرد این امکان را می دهد که ساختارهای ظریف (مثلاً بخش هایی از تومورهای بدخیم) را بدون تأثیر قابل توجهی بر روی همسایگی آنها به دقت حذف کند. با این حال، سرعت پردازش ممکن است بسیار پایین باشد.

لیزر فرسایش همچنین می تواند در دندانپزشکی برای درمان پوسیدگی استفاده شود. هنگام استفاده از لیزرهایی با طول موج مناسب، می‌توان بافت آسیب‌دیده به پوسیدگی را به‌طور انتخابی حذف کرد و در عین حال قسمت‌های سالم دندان را حفظ کرد.

برای جزئیات بیشتر به پیوندهای مقالات دایره المعارف مراجعه کنید.

لیزرهای فمتوثانیه برای جراحی بافت استخوانی با وضوح بالا

در دهه گذشته، لیزر به ابزار انتخابی برای جراحی های بافت نسل بعدی تبدیل شده است. لیزرهای فمتوثانیه به لطف خواص منحصر به فرد خود، در حال حاضر برای جراحی بافت استخوانی با وضوح بالا در نظر گرفته می شوند که در طی آن باید از آسیب های حرارتی ناشی از لیزر برای بهبود کیفیت و مدت زمان بهبودی با دقت اجتناب شود.

Gemini مطالعه جامعی را ارائه می دهد که برای پیشبرد آمادگی این فناوری با بهینه سازی پارامترهای فرآیند همراه با توسعه ابزارهای تشخیصی مناسب انجام شده است. حداکثر کردن نرخ فرسایش روی استخوان ران گوشت خوک در رژیم فمتوثانیه در یک رویکرد افزایش مقیاس با استفاده از منابع لیزر فمتوثانیه صنعتی به دست آمد. برای پیگیری دقیق دمای بافت استخوان در طول و بعد از پردازش لیزر، از تصویربرداری دوربین FLIR و حسگرهای ترموکوپل برای به دست آوردن تکامل توزیع دما بر روی بافت با توجه به تغییرات پارامترهای مختلف فرآیند و همچنین لیزر استفاده شد. تغییرات شیمیایی ناشی از

نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که پردازش لیزر فمتوثانیه بافت استخوان در یک محیط اسپری آب تحت فشار اجازه می‌دهد به دمایی کمتر از دمای دناتوره شدن پروتئین استخوان برسد. علاوه بر این، Gemini توضیح می‌دهد که چگونه طیف‌سنجی شکست ناشی از لیزر (LIBS) تغییرات شیمیایی ناشی از لیزر بافت را با دمای آن و پارامترهای پردازش اعمال شده تجزیه و تحلیل می‌کند. نتایج این بخش از مطالعه نشان می‌دهد که LIBS یک تکنیک قابل اعتماد و مفید برای پایش بلادرنگ وضعیت استخوان در حین فرسایش لیزری است و می‌تواند در چارچوب اتوماسیون نهایی جراحی‌های استخوان با پردازش لیزر فمتوثانیه اجرا شود.