نانولیزر

نانولیزر لیزری است که ابعادی در مقیاس نانو دارد و به دستگاهی ریز/نانو اطلاق می‌شود که می‌تواند با نور یا تحریک الکتریکی نانوسیم‌ها یا سایر نانومواد که به عنوان تشدیدگر عمل می‌کنند، نور ساطع کند. یک ویژگی استاندارد نانولیزرها شامل محصور شدن نور آنها در مقیاسی است که به حد پراش نور نزدیک یا سرکوب می‌شود. این لیزرهای کوچک را می توان به سرعت مدوله کرد و، همراه با ردپای کوچک آنها، آنها را به کاندیدایی ایده آل برای محاسبات نوری روی تراشه تبدیل می کند.

فهرست

1 تاریخچه

2 مقایسه با لیزرهای معمولی

2.1 مکانیسم

2.2 خواص

3 انواع نانولیزر

3.1 لیزر میکرودیسک

3.2 لیزر کریستال فوتونیک

3.3 نانولیزر نانوسیم

3.4 نانولیزر پلاسمونیک

3.5 انواع جدید نانولیزر

4 برنامه های کاربردی

4.1 نانولیزرها برای شناسایی مواد

4.2 نانولیزر برای اتصالات نوری یکپارچه

4.3 نانولیزر برای سنجش

5 چالش

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.

ایریدوپلاستی محیطی با لیزر آرگون

ایریدوپلاستی محیطی با لیزر آرگون یک روش مفید برای از بین بردن بسته شدن زاویه آپوزیشن است. لیزر در حاشیه عنبیه اعمال می شود. گرمای لیزر باعث انقباض استرومایی عنبیه می شود و به طور مکانیکی بافت عنبیه را از شبکه ترابکولار دور می کند.

پیشنهاد شده است که ALPI ایمن تر و موثرتر از درمان مرسوم با داروها در APAC حاد است.

ایریدوپلاستی زمانی مفید است که PAC حاد به درمان‌های پزشکی شدید پاسخ نمی‌دهد، به‌ویژه در مواردی که ادم قرنیه شدید، یک اتاقک قدامی کم عمق وجود دارد یا در مواردی که التهاب مشخص مانع انجام لیزر ایریدوتومی می‌شود. لیزر ایریدوپلاستی همراه با ایریدوتومی تشکیل قابل توجهی از PAS را کاهش می دهد.36

علاوه بر این، ایریدوپلاستی برای تسکین بسته شدن زاویه آپپوزیشن ثانویه به سندرم عنبیه پلاتو، یا بسته شدن زاویه مربوط به لنز، و برای باز کردن زاویه قبل از ترابکولوپلاستی با لیزر آرگون استفاده شده است. همچنین شواهدی وجود دارد که نشان می دهد ALPI برای سندرم عنبیه فلات در قفقازی ها بسیار موثر است.

لیزرهای اگزایمر

لیزرهای اگزایمر

لیزرهای اگزایمر با رقابت شدیدی از لیزرهای حالت جامد روبرو هستند، اگرچه آنها همچنان کارآمدترین دسترسی را به ناحیه طیفی فرابنفش ارائه می‌دهند - با انرژی‌های بالا، و اوج بالا و توان متوسط ​​در عملکرد پالسی. با این حال، آنها دارای معایبی هستند، مانند کیفیت ضعیف تیر (ساختار با حالت بالاتر و واگرایی بالا)، اندازه، هزینه های عملیاتی و الزامات نگهداری. متخصصان در این زمینه می گویند که این شهرت ماندگار برای عملکرد نابسامان در حال حاضر به دلیل پیشرفت در فناوری در سال های اخیر تا حد زیادی شایسته نیست.

لیزرهای اگزایمر، همراه با لیزرهای نیتروژن، محبوب ترین لیزرهای گازی هستند که تابش در محدوده فرابنفش تولید می کنند. محیط فعال مخلوطی از گاز نجیب، گاز هالوژن و گاز بافر - معمولا نئون است. مخلوط گاز در یک لیزر اکسایمر معمولی شامل 2 تا 9 درصد گاز نجیب، 0.2 درصد گاز هالوژن و 90 تا 98 درصد از گاز بافر است که به عنوان وسیله ای برای انتقال انرژی عمل می کند. این مخلوط در یک مخزن تحت فشار، معمولاً با فشار 3500-5000 میلی‌بار، محبوس می‌شود و معمولاً با تخلیه الکتریکی سریع چند ده نانوثانیه تحریک می‌شود. هالیدهای گازهای نجیب مانند ArF، KrF، XeF، XeCl که عمر کوتاهی دارند و در حالت پایه ناپایدار هستند، در مخلوط گاز ایجاد می شوند.

لیزرهای فیبر

لیزرهای فیبر که معمولاً برای روش های  آندوسکوپی برای بازرسی حفره ها یا اندام های بدن استفاده می شود، معمولاً از فیبر نوری استفاده می کنند. با این حال، مواردی وجود دارد که تنظیمات نوری حجیم خارجی با سیستم‌های فیبر کوپلینگ ترکیب می‌شوند. 

لیزرهای اگزایمر

لیزرهای اگزایمر

این دسته از لیزر در واقع به موارد فوق مرتبط است و اغلب در آزمایشگاه ها برای پمپاژ لیزرهای رنگی استفاده می شود. با این حال، آنها احتمالاً بیشتر به دلیل استفاده در جراحی چشم شناخته شده اند. لیزر اگزایمر به طور منظم برای درمان روش های کوته بینانه و دور بینانه و همچنین آستیگماتیسم استفاده می شود. آنها با کنترل کامپیوتری، در هنگام برداشتن مقادیر دقیق بافت از قرنیه چشم، دقت نهایی را در اختیار جراحان چشم قرار می دهند.

لیزرهای رنگی

لیزرهای رنگی

عمدتاً در درمان پوست برای روش هایی مانند از بین بردن جای زخم، خال مادرزادی و اختلالات عروق خونی استفاده می شود. به عنوان مثال - لیزرهای رنگی نقش مهمی در جراحی لیزر دارند. ساخت آنها شامل یک محلول مایع (معمولاً اتانول، p-دیوکسان و دی متیل سولفوکسید [DMSO]4) است. رنگ های مختلف طول موج های مختلفی را منتشر می کنند - از ماوراء بنفش (UV) تا محدوده مادون قرمز نزدیک (NIR).

لیزرهای دایود

لیزرهای دایود

نوع دیگری از لیزر که در بخش پزشکی و مراقبت‌های بهداشتی استفاده می‌شود، لیزرهای دایود است که معمولاً برای روش‌هایی مانند برش بافت در درمان جراحی و درمان فتودینامیک (PDT) [درمان توده‌های پیش بدخیم] استفاده می‌شود. به دلیل اندازه جمع و جور خود، آنها یک دسته لیزر مورد علاقه برای روش های ذکر شده در بالا هستند

لیزر دی اکسید کربن (CO2)

لیزرهای دی اکسید کربن (CO2).

لیزر دی اکسید کربن (CO2) که توسط مهندس برق هندی کومار پاتل در سال 1964 ابداع شد، معمولاً در کاربردهایی مانند جراحی لیزر، بازسازی پوست و درمان سلول های خوش خیم و بدخیم استفاده می شود. CO2 به دلایل زیادی یک روش لیزر ترجیحی است. مزایای آن عمدتا شامل خونریزی کمتر، زمان جراحی کوتاه تر و خطر کمتر عفونت است.