تحولات در زمینه فناوری لیزر با توان بالا، اپتیک فوق سریع و کاربردها

انتشار تراهرتز با قدرت بالا از حالت های سطح نیمه هادی با پمپ نوری

فناوری لیزر با دقت بالا برای اپتیک کوانتومی زیر چرخه

پلاریزاسیون-تقسیم تراهرتز در یک موجبر چهار سیمه

علم و فناوری تراهرتز

علم و فناوری تراهرتز

این کمیته فرعی به دنبال ارسال های اصلی در Terahertz (~ 200 گیگاهرتز تا 30 سالگی) علم و فناوری است. ما از طریق تکنیک های خاص THZ (E.G. Thz سنجش، هدایت، تصویربرداری، مدولاسیون، و غیره)، و همچنین ارائه تأثیرات متقابل انضباطی، مانند مطالعات THZ مربوط به انرژی، اسپینترونیک، بیوفوتونیک، کاتالیزوری و سایر فن آوری ها دعوت می کنیم . موضوعات مثال شامل موارد زیر است:

تولید، تشخیص، مدولاسیون و انتشار THZ

مفاهیم جدید در طیف سنجی THZ و تصویربرداری

پدیده های THZ، به ویژه آنهایی که مربوط به تکنولوژی هستند

نانوسکوپی THZ و نانو تصویربرداری

تعاملات غیر خطی THZ در مواد

مشخصه THZ مواد جدید

دستگاه ها و سیستم های ارتباطی THZ و فوتونیک

برنامه های جدید از تابش THZ

لیزر مادون قرمز دور یا لیزر تراهرتز

لیزر مادون قرمز دور یا لیزر تراهرتز (لیزر FIR، لیزر THz) لیزری با طول موج خروجی بین 30 تا 1000 میکرومتر (فرکانس 0.3 تا 10 تراهرتز)، در باند فرکانسی مادون قرمز دور یا تراهرتز طیف الکترومغناطیسی است.

لیزرهای FIR در طیف سنجی تراهرتز، تصویربرداری تراهرتز و همچنین در تشخیص فیزیک پلاسما فیوژن کاربرد دارند. آنها می توانند برای شناسایی مواد منفجره و عوامل جنگ شیمیایی، با استفاده از طیف سنجی مادون قرمز یا برای ارزیابی چگالی پلاسما با استفاده از تکنیک های تداخل سنجی استفاده شوند.

لیزرهای FIR معمولاً از یک موجبر طولانی (1 تا 3 متر) پر از مولکول‌های آلی گازی، پمپاژ نوری یا از طریق تخلیه HV تشکیل شده‌اند. آنها بسیار ناکارآمد هستند، اغلب به خنک کننده هلیوم، میدان های مغناطیسی بالا نیاز دارند و/یا فقط قابل تنظیم خط هستند. تلاش‌ها برای توسعه جایگزین‌های کوچک‌تر حالت جامد در حال انجام است.

لیزر p-Ge (ژرمانیوم نوع p) یک لیزر مادون قرمز دور قابل تنظیم، حالت جامد است که بیش از 25 سال است که وجود داشته است.[1] این در میدان های الکتریکی و مغناطیسی متقاطع در دمای هلیوم مایع عمل می کند. انتخاب طول موج را می توان با تغییر میدان های الکتریکی/مغناطیسی اعمال شده یا از طریق معرفی عناصر داخل حفره به دست آورد.

لیزر آبشاری کوانتومی (QCL) ساخت چنین جایگزینی است. این یک لیزر نیمه هادی حالت جامد است که می تواند به طور مداوم با توان خروجی بیش از 100 میلی وات و طول موج 9.5 میکرومتر کار کند. یک نمونه اولیه قبلاً نشان داده شده بود.[2] و استفاده بالقوه نشان داده شده است.[3]

یک لیزر مولکولی FIR که به صورت نوری توسط یک QCL پمپ می شود در سال 2016 نشان داده شده است.[4] این لیزر در دمای اتاق کار می کند و از لیزرهای مولکولی FIR که به صورت نوری توسط لیزرهای CO2 پمپ می شوند، کوچکتر است.

لیزرهای الکترون آزاد همچنین می توانند روی طول موج های مادون قرمز بسیار دور عمل کنند.

لیزرهای قفل شده با حالت فمتوثانیه Ti: یاقوت کبود نیز برای تولید پالس های بسیار کوتاهی استفاده می شوند که می توانند به صورت نوری اصلاح شوند تا یک پالس تراهرتز تولید کنند.

لیزر تراهرتز فشرده برای کاربردهای روزمره

محققان گام بزرگی را در جهت خارج کردن فرکانس‌های تراهرتز از ناحیه‌ی صعب العبور طیف الکترومغناطیسی و به کاربردهای روزمره برداشته‌اند. در مقاله‌ای جدید، محققان اولین لیزر تراهرتزی در نوع خود را نشان دادند که فشرده است، در دمای اتاق کار می‌کند و می‌تواند 120 فرکانس منفرد را در محدوده 0.25 تا 1.3 تراهرتز تولید کند که برد بسیار بیشتری نسبت به منابع تراهرتز قبلی است.

لیزر می تواند در طیف وسیعی از کاربردها مانند تصویربرداری سرطان پوست و سینه، تشخیص دارو، امنیت فرودگاه و لینک های بی سیم نوری با ظرفیت فوق العاده بالا استفاده شود.

این تحقیق که توسط تیمی از دانشکده مهندسی و علوم کاربردی هاروارد John A. Paulson (SEAS) و با همکاری آزمایشگاه تحقیقات ارتش DEVCOM و راه حل‌های نور روز DRS انجام شده است، در APL Photonics منتشر شده است.

فدریکو کاپاسو، پروفسور فیزیک کاربردی رابرت ال والاس و محقق ارشد مهندسی برق وینتون هیز در SEAS و نویسنده ارشد مقاله، گفت: «این یک فناوری جهشی برای تولید تشعشعات تراهرتز است. این لیزر به لطف فشرده بودن، کارایی، محدوده تنظیم گسترده و عملکرد دمای اتاق، این پتانسیل را دارد که به یک فناوری کلیدی برای پر کردن شکاف تراهرتز برای کاربردهای تصویربرداری، امنیت یا ارتباطات تبدیل شود.

محدوده فرکانس تراهرتز - که در وسط طیف الکترومغناطیسی بین امواج مایکروویو و نور مادون قرمز قرار دارد -؛ دسترسی به برنامه‌ها همچنان دشوار است، زیرا اغلب منابع تراهرتز یا بسیار حجیم، ناکارآمد هستند، یا برای تولید این فرکانس‌های گریزان با تنظیم محدود به دستگاه‌های با دمای پایین متکی هستند.

در سال 2019، گروه کاپاسو، با همکاری MIT و ارتش ایالات متحده، نمونه اولیه ای را توسعه دادند که ثابت کرد منابع فرکانس تراهرتز می توانند فشرده، دمای اتاق باشند و با ترکیب یک پمپ لیزری آبشاری کوانتومی با لیزر مولکولی اکسید نیتروژن، به طور گسترده ای تنظیم شوند.

تحقیقات جدید محدوده تنظیم آن نمونه اولیه را بیش از سه برابر می کند. از جمله پیشرفت‌های دیگر، لیزر جدید اکسید نیتروژن را با متیل فلوراید جایگزین می‌کند، مولکولی که به شدت با میدان‌های نوری واکنش نشان می‌دهد.

آرمان امیرژان، دانشجوی کارشناسی ارشد در SEAS و اولین نویسنده این مقاله، گفت: «این ترکیب در جذب مادون قرمز و انتشار تراهرتز واقعا خوب است. با استفاده از متیل فلوراید که غیر سمی است، راندمان و محدوده تنظیم لیزر را افزایش دادیم.

هنری اوریت، فن‌آور ارشد علوم نوری ارتش ایالات متحده، می‌گوید: «متیل فلوراید تقریباً 50 سال است که به‌عنوان لیزر تراهرتز استفاده می‌شود، اما تنها چند فرکانس لیزر تولید می‌کند که توسط لیزر دی‌اکسید کربن حجیم پمپ شود». نویسنده مقاله دو نوآوری که ما گزارش می‌کنیم، یک حفره لیزری فشرده که توسط یک لیزر آبشاری کوانتومی پمپ می‌شود، ترکیب می‌شوند تا به متیل فلوراید توانایی لیزر بر روی صدها خط را بدهد.

این لیزر در حال حاضر این پتانسیل را دارد که یکی از فشرده‌ترین لیزرهای تراهرتزی باشد که تاکنون طراحی شده است و محققان قصد دارند آن را فشرده‌تر کنند.

پل شوالیه، همکار تحقیقاتی در SEAS و محقق ارشد این حوزه می‌گوید: «دستگاه کمتر از یک فوت مکعب ما را قادر می‌سازد تا این محدوده فرکانس را برای کاربردهای بیشتر در ارتباطات کوتاه‌برد، رادار کوتاه‌برد، زیست‌پزشکی و تصویربرداری هدف‌گیری کنیم.» تیم

"ترکیب لیزرهای آبشاری بالغ، فشرده و کوانتومی با رسانه های افزایش لیزر مولکولی منجر به یک پلت فرم لیزر بسیار قوی تراهرتز با طیف وسیعی از کاربردها از تحقیقات بنیادی گرفته تا تشخیص و تصویربرداری مولکولی تراهرتز، ارتباطات و امنیت THz و فراتر از آن شده است." تیموتی دی، معاون ارشد و مدیر کل DRS Daylight Solutions و یکی از نویسندگان مقاله گفت.

کاربردهای لیزرهای کوانتومی آبشار

کاربردهای لیزرهای کوانتومی آبشار

شاید مهمترین کاربردهای لیزرهای کوانتومی آبشار در زمینه طیف سنجی جذب لیزری گازهای کمیاب باشد ، به عنوان مثال. برای تشخیص غلظت بسیار کمی از آلاینده ها در هوا. علاوه بر محدوده طول موج مناسب ، QCL ها معمولاً دارای عرض خط نسبتاً باریک و قابلیت تنظیم طول موج خوب هستند و آنها را برای چنین برنامه هایی بسیار مناسب می کند.

لیزر مادون قرمز دور

لیزر مادون قرمز دور یا لیزر تراهرتز (لیزر FIR ، لیزر THz) لیزری با طول موج خروجی بین 30 تا 1000 میکرومتر (فرکانس 10/03-10 THz) ، در باند فرکانس مادون قرمز یا تراه هرتز طیف الکترومغناطیسی است.

رویکرد جدید برای لیزرهای چند وات تراهرتز

لیزر تراهرتز برای سنجش و تصویربرداری

نور لیزر دارای چندین ویژگی فیزیکی منحصر به فرد است که می تواند برای کاربردهای اندازه گیری استفاده شود: طول و فرکانس بسیار مشخص تعریف شده ، قابلیت کانونیابی کامل (TEM00) ، انسجام نوری بالا یا پایین (کیفیت فاز) و حالت عملکرد cw / پالس (پایین به پالس fs) .  

مونا جراحی