استفاده از لیزر فمتوثانیه و میکروسکوپی برای تصویربرداری سریع سه بعدی

استفاده از لیزر فمتوثانیه و میکروسکوپ برای تصویربرداری سریع سه بعدی

مطالعه‌ای که اخیراً در Scientific Reports منتشر شده است، فرسایش لیزر فمتوثانیه‌ای را به‌عنوان یک فرآیند تاخیری در ارتباط با میکروسکوپ کانفوکال برای انجام تصویربرداری سه‌بعدی سریع به کار گرفته است.

اپتیک فوق سریع و علوم میدان بالا

تولید ابرپیوسته

لیزرهای حالت قفل شده

سالیتون ها

دینامیک فوق سریع در جامدات

اتم ها و مولکول ها در میدان های قوی

ماده با چگالی انرژی بالا

پلاسماهای لیزری

 لیزر فمتوثانیه

لیزرهای فوق سریع

تکنولوژی تراهرتز

اپتیک تطبیقی در میکروسکوپ چند فوتونی: مقایسه فلورسانس دو، سه و چهار فوتون

خلاصه

 

تشخیص اختلالات مفصل گیجگاهی فکی با استفاده از تصویربرداری هارمونیک دوم رشته های کلاژن

خلاصه

این روش تصویربرداری نوری پیشنهادی یک رویکرد غیرمخرب، زمان واقعی و با وضوح بالا برای تشخیص بافت‌های سالم و آسیب دیده مفصل گیجگاهی فکی (TMJ) بود. و شاخص سلامت TMJ اختراع شد. آسیب شناسی TMJ معمولا و اغلب گزارش شده است. ممکن است با آسیب کلاژن، غضروف و بافت استخوانی مرتبط باشد. تصاویر نسل دوم هارمونیک را می توان با پالس های لیزر فمتوثانیه ای به دست آورد، بنابراین اطلاعات هم تراز فیبرهای کلاژن در همه جهات برای اختلالات TMJ کشف شد. درجه بی نظمی الیاف کلاژن با استفاده از روش تبدیل فوریه سریع (FFT) کمی و رتبه بندی شد. شاخص سلامت TMJ می تواند به طور موثر وضعیت سالم TMJ و درجه اختلال فیبرهای کلاژن را نشان دهد. یک ابزار هدف با ارزش برای توصیف بافت برای وضعیت سالم TMJ. ادغام با روش های رنگ آمیزی، ما می توانیم اطلاعات پوسته پوسته شدن را در درجه های مختلف آسیب ارائه کنیم.

سوئیچینگ کیو گرافن دینامیک تک کاناله و دو کاناله در یک لیزر موجبر کانال کانالی از نوع پرتو

خلاصه

کتیبه مستقیم ساختارها توسط پالس های لیزر فمتوثانیه ساخت انعطاف پذیر موجبرهای کانال نوری متنوع در رسانه های بهره لیزر دی الکتریک را تسهیل می کند. در میان آنها، لیزرهای موجبر از نوع پرتو اسپلیتر اخیرا مورد مطالعه قرار گرفته است. با این حال، در مورد تأثیر ویژگی‌های منحصربه‌فرد چنین موجبرهایی، مانند نسبت‌های تقسیم کنترل‌شده توان خروجی و برانگیختگی قابل انتخاب کانال‌های جداگانه، برای عملکرد لیزر پالسی، تحقیقات کافی وجود ندارد. در اینجا، سوئیچینگ Q گرافن تک و دو کاناله پویا یک موجبر Yb:YAG متشکل از یک ورودی و دو کانال خروجی با کنترل نسبت تقسیم توان نشان داده شده است. عملکرد سوئیچ Q تک کاناله، که پالس های سوئیچ Q معمولی را نشان می دهد، با برهمکنش بین جاذب اشباع گرافن و یکی از دو کانال مورد نظر حاصل می شود. هنگامی که هر دو کانال از آستانه سوئیچینگ Q فراتر می روند، سوئیچینگ Q دو کاناله یک قطار پالسی تولید می کند که به طور همزمان پالس های سوئیچ Q جداگانه القا شده از هر کانال تحت تحریک را با یک منبع پمپ واحد ترکیب می کند. در یک نسبت تقسیم توان ثابت، حالت پالسی را می توان به صورت پویا بین عملیات سوئیچ Q تک کاناله و دو کاناله با تغییر قدرت پمپ تغییر داد. لیزر موجبر از نوع پرتو که در این مطالعه نشان داده شده است را می توان برای سوئیچینگ Q چند کاناله، قفل کردن حالت با سرعت تکرار بالا و منابع دو شانه روی تراشه که برای کاربردهای متنوع در ارتباطات نوری، مترولوژی مفید هستند توسعه داد. و حس کردن

میدان های نوری فوق العاده شدید و فرآیندهای فوق سریع

میدان های نوری فوق العاده شدید و فرآیندهای فوق سریع

تولید پالس های پرقدرت و فوق کوتاه • مشکلات «اشتعال سریع» برای ICF • منابع لیزر پلاسما اشعه ایکس • تولید و شتاب سریع ذرات توسط پالس های لیزر • فناوری و کاربردهای لیزر فمتوثانیه • فیزیک پدیده های فوق سریع • دستگاه های فوق سریع و اندازه گیری ها

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.

کنترل خواص نوری بافت ها

9.1 اصول کنترل خواص نوری بافت و بررسی مختصر

9.2 غوطه وری نوری بافت توسط عوامل شیمیایی اگزوژن

9.2.1 اصول تکنیک غوطه وری نوری

9.2.2 حمل و نقل آب

9.2.3 تورم و هیدراتاسیون بافت

9.3 پاکسازی نوری بافت های فیبری

9.3.1 ویژگی های طیفی صلبیه غوطه ور

9.3.2 اندازه گیری های اسکلرال در شرایط آزمایشگاهی حوزه فرکانس

9.3.3 اندازه گیری های اسکلرال در داخل بدن

9.3.4 نظارت بر OCA و تحویل دارو در صلبیه چشم و قرنیه

9.3.5 غوطه ور شدن ماده سخت و سرعت انتشار عامل

9.4 پوست

9.4.1 مقدمه

9.4.2 اندازه گیری های طیفی آزمایشگاهی

9.4.3 اندازه گیری بازتاب طیفی در داخل بدن

9.4.4 اندازه گیری های درون تنی دامنه فرکانس

9.4.5 تصویربرداری OCT

9.4.6 تحویل OCA، نفوذ پوست و عملکرد مخزن

9.5 پاکسازی نوری بافت دستگاه گوارش

9.5.1 اندازه گیری های طیفی

9.5.2 تصویربرداری OCT

9.6 پاکسازی نوری سایر بافت ها

9.6.1 ماهیچه

9.6.2 سینه و ریه

9.6.3 استخوان جمجمه

9.6.4 عاج دندان

9.7 سایر تکنیک های نوری آینده نگر

9.7.1 اندازه گیری قطبش

9.7.2 میکروسکوپ کانفوکال

9.7.3 تشخیص فلورسانس

9.7.4 میکروسکوپ فلورسانس روبشی دو فوتون

9.7.5 نسل دوم هارمونیک

9.7.6 طیف سنجی ارتعاشی، رامان و CARS

9.7.7 پاکسازی بافت در محدوده تراهرتز

9.8 تصویربرداری از سلول ها و جریان های سلولی

9.8.1 تصویربرداری جریان خون

9.8.2 پاکسازی نوری خون

9.8.3 مطالعات سلولی

9.8.4 "خود پاکسازی" یا اثرات پاکسازی متابولیک

9.9 کاربردهای تکنیک غوطه وری بافت

9.9.1 سنجش گلوکز

9.9.2 خصوصیات بافت های عروقی آترواسکلروتیک

9.9.3 تصویربرداری نوری از غدد لنفاوی

9.9.4 جراحی لیزر فمتوثانیه دقیق

9.9.5 تصویربرداری خالکوبی پوست و حذف لیزر

9.10 تکنیک های دیگر برای کنترل خواص نوری بافت

9.10.1 فشرده سازی و کشش بافت

9.10.2 اثرات دما و انعقاد بافت

9.10.3 سفید کردن بافت

9.11 نتیجه گیری

جذب دو فوتون و انتشار تحریک شده در سلنید روی پلی کریستالی با تحریک لیزر فمتوثانیه

در یک انتشار جدید از Opto-Electronic Advances، نویسندگان گروه مهندسی لیزر در دانشکده مهندسی دانشگاه لیورپول، لیورپول، بریتانیا، جذب دو فوتون و انتشار تحریک شده در سلنید روی پلی کریستالی با تحریک لیزر فمتوثانیه را مورد بحث قرار دادند. .

سلنید روی (ZnSe) یک ماده نوری جذاب، نیمه هادی است که از طیف مرئی تا مادون قرمز دور شفاف است، به عنوان مثال به عنوان پنجره در دوربین های حرارتی حسگر حرارت استفاده می شود. در صورت دوپ شدن، تک کریستال ZnSe اساس دیودهای ساطع کننده نور است. با این حال، خواص نوری آن با شدت نور فرودی متفاوت است - که به آن پاسخ غیر خطی می گویند. این حساسیت مطالعه کنونی را هدایت کرده است که در آن قرار گرفتن در معرض پالس های لیزر 200 فمتوثانیه (2×10-13 ثانیه) در مادون قرمز نزدیک در 775 نانومتر باعث انتشار فلورسانس آبی شدید و زیبا می شود - از طریق فرآیندی به نام جذب 2 فوتونی که در آن جذب همزمان دو فوتون با انرژی کم در 775 نانومتر، الکترون‌ها را به سطوح بالاتری خارج می‌کند، جایی که پس از چند نانوثانیه، فوتون‌های فلورسنت آبی با انرژی بالا (460 تا 500 نانومتر) گسیل می‌شوند.

ماده مورد مطالعه در اینجا ZnSe چند کریستالی است - به راحتی در دسترس است، هنوز بسیار خالص و بسیار ارزان تر از مواد تک کریستال است. همچنین مشخص شد که ضریب جذب دو فوتون (b) با شدت تغییر می‌کند و با استفاده از تکنیک Z-scan اندازه‌گیری می‌شود که در آن یک نمونه نازک از ZnSe از طریق یک پرتو لیزر با تمرکز ضعیف در حین اندازه‌گیری تغییر در انتقال منتقل می‌شود. این تغییر در b همچنین استنباط می‌کند که جذب متوالی فوتون (یا جذب حالت برانگیخته) در طول قرار گرفتن در معرض لیزر صورت می‌گیرد و به آن جذب اشباع معکوس می‌گویند. در شدت اوج پایین I < 5 GW cm-2، b = 3.5 سانتی متر GW-1 را در 775 نانومتر اندازه گیری کردیم، مطابق با تحقیقات دیگر - با افزایش شدت به طور قابل توجهی کاهش می یابد.

فلورسانس آبی شدید مشاهده شده ما را تشویق کرد تا در نظر بگیریم که آیا در شدت فوق العاده بالا، انتشار تحریک شده می تواند در ZnSe پلی کریستالی با جذب دو فوتون در 775 نانومتر القا شود یا خیر. این قبلا در ZnSe تک کریستالی مشاهده شده است. از آنجایی که طول عمر فلورسانس 3.3 ns اندازه گیری شد، یک نمونه نازک به ضخامت 0.5 میلی متر در یک حفره نوری کوتاه (10 سانتی متر) نصب شد که بازخورد ارائه می کرد. انتشار تحریک شده در واقع با باریک شدن خط قابل توجهی از پهنای باند Dl = 11 نانومتر (حفره مسدود شده) به Dl = 2.8 نانومتر در حداکثر طول موج lp = 475 نانومتر تأیید شد در حالی که طول عمر حالت فوقانی نیز کاهش یافت. این اولین مشاهده گزارش شده از انتشار تحریک شده در مواد پلی کریستالی است. این نتایج نشان می‌دهد که با شرایط پمپاژ بهینه‌تر و خنک‌سازی کریستالی، ZnSe پلی کریستالی ممکن است از طریق پمپاژ دو فوتون در طول موج ۷۷۵ نانومتر به آستانه لیزر برسد.

سرپرستی گروه مهندسی لیزر در دانشکده مهندسی دانشگاه لیورپول بر عهده پروفسور جف دیردن، متخصص لیزر و فوتونیک است. طی چندین سال، برهمکنش‌های مواد لیزری فوق سریع (با استفاده از پالس‌های فمتوثانیه و پیکوثانیه) با استفاده از، به عنوان مثال فرسایش لیزری برای تولید ریزساختارهای سطح پیچیده دوره‌ای (پیچ کمتر از 1 میلی‌متر) با استفاده از تکنیک‌های نوری پیشرفته و لیزر مورد مطالعه قرار گرفته است. مهندسی تیر بر روی فلزات، پلیمرها و نیمه هادی ها. چنین ساختارهایی در کنترل آب گریزی سطح، پاسخ ضد باکتری، علامت گذاری امنیتی و ریزساختار دقیق اجزای با ارزش بالا برای بخش هایی مانند هوافضا کاربرد دارند. با پالس‌های فمتوثانیه، پلیمرهای شفاف (PMMA) و دی‌الکتریک‌هایی مانند یاقوت کبود از طریق پرتوهای موازی و جذب چند فوتونی با سرعت بالا ساختار داخلی میکرو ساختار یافته‌اند. مهندسی ضریب شکست دوره‌ای حاصل می‌تواند توری‌های Bragg حجمی با کیفیت بالا و با راندمان بالا ایجاد کند که در تحلیل طیفی و ایجاد حسگرهای دمای بالا برای محیط‌های شدید (موتورهای هوا) مفید است.

انواع لیزر فمتوثانیه

انواع لیزر فمتوثانیه

پالس های فمتوثانیه را می توان با انواع بسیار متفاوتی از لیزر تولید کرد که در ادامه توضیح داده شده است. برخی از این لیزرها لیزرهای صنعتی و برخی دیگر لیزرهای علمی هستند.