تقویت‌کننده‌های حالت جامد و فیبر

منابع لیزری پرتوان به طور گسترده در پردازش دقیق صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند و به عنوان یک پلت فرم جدید برای تحقیقات فیزیک میدان قوی با استفاده از حداکثر توان روی پتوات عمل می کنند. این بررسی بر روی تحقق سیستم‌های دیسک و دال حالت جامد با انرژی بالا و استراتژی‌های سرکوب غیرخطی برای سیستم‌های فیبری پرقدرت با استفاده از الیاف عملکردی تمرکز دارد. ابتدا، پیاده‌سازی‌ها و فن‌آوری‌های فعال‌کننده لیزرهای حالت جامد برای افزایش پیک توان از گیگاوات به پتوات بررسی می‌شوند. سپس مکانیسم‌ها و استراتژی‌های سرکوب اثرات زوال (از جمله پراکندگی رامان تحریک‌شده، پراکندگی بریلوین تحریک‌شده، و ناپایداری حالت عرضی) در تقویت‌کننده‌های فیبر مختلف تحلیل می‌شوند. در همان زمان، مکانیسم و دستاوردهای فیبرهای کاربردی فعلی معرفی می شود. در نهایت، چالش‌ها و دیدگاه‌های تقویت‌کننده‌های حالت جامد و فیبر پرتوان خلاصه می‌شوند.

فرسایش لیزر پالسی فوق کوتاه در مایعات: بررسی اولین نانوثانیه های انفجار فاز زیر آب

خلاصه

میکروسکوپ پمپ-کاوشگر فوق سریع نور جدیدی را بر دینامیک پیچیده تبدیل فاز انفجاری ناشی از لیزر روشن کرده است و اهمیت ادغام نزدیک تلاش‌های تجربی، محاسباتی و نظری را برجسته کرده است.

فرسایش لیزر پالس اولتراکوتاه در مایعات یک پدیده با اهمیت عملی بالا است، با کاربردهای مختلف از نانوساختار سطح1 تا سنتز نانوذرات کلوئیدی تمیز شیمیایی با تقاضای بالا در زمینه‌های زیست پزشکی و کاتالیز. با این حال، علیرغم ارتباط عملی، درک اساسی از فرسایش لیزر در مایعات هنوز کامل نشده است. پیشرفت نسبتاً آهسته در این زمینه تا حد زیادی به ماهیت بسیار غیرتعادلی و ذاتاً چند مقیاسی فرآیندهای مسئول حذف مواد از هدف تابش‌شده و تبدیل آن به محلول کلوئیدی نانوذرات مربوط می‌شود. فرسایش لیزری در هوا یا خلاء در حال حاضر یک پدیده پیچیده است که شامل تحریک الکترونیکی قوی، توزیع مجدد انرژی در حالت برانگیخته الکترونیکی، تعادل الکترون-فونون، گرمایش و ذوب سریع، تغییر شکل مکانیکی فوق سریع و پوسته پوسته شدن فوتومکانیکی، گرمایش فوق العاده مواد مذاب است. و تجزیه انفجاری آن ("انفجار فاز") به قطرات بخار و مایع 4. وجود یک محیط مایع به طور قابل توجهی به پیچیدگی پدیده فرسایش می‌افزاید، زیرا محصولات داغ تجزیه فاز انفجاری به صورت دینامیکی با مایع تعامل می‌کنند و باعث تشکیل و گسترش حباب کاویتاسیون می‌شوند.

تصویربرداری از حباب‌های کاویتاسیون، که معمولاً با سایه نگاری با زمان تفکیک شده ۵،۶، همراه با پراکندگی لیزری ۷، یا کاوشگر اشعه ایکس ۸،۹ از فضای داخلی حباب‌های کاویتاسیون انجام می‌شود، اطلاعات ارزشمندی در مورد انبساط و فروپاشی حباب‌های کاویتاسیون ارائه کرده است. و همچنین تکامل اندازه و بلورینگی نانوذرات. با این حال، مرحله اولیه فرآیند فرسایش در منشاء ظهور حباب کاویتاسیون و نانوذرات، تا حد زیادی برای کاوش تجربی درجا دور از دسترس باقی مانده است. در مطالعات ابلیشن لیزری در خلاء یا هوا، تصویربرداری کاوشگر پمپ نوری از بازتاب سطحی در آشکارسازی دگرگونی‌های فاز مرتبط با تغییرات بازتابی بزرگ یا تولید ساختارهای گذرا که علائم تداخل نوری مشخصی را تولید می‌کنند، مانند حلقه‌های نیوتن 10،11 موفق بوده است. با این حال، پیچیدگی اضافی فرسایش در مایعات، چالش مهمی برای تفسیر تغییرات چند مرحله‌ای سیگنال بازتابی ایجاد می‌کند.

در مطالعه اخیر در مورد حذف لیزری طلا در آب گزارش شده توسط Spellauge و همکاران 12، چالش تفسیر نتایج تصویربرداری نوری با تفکیک زمانی و مکانی با ایجاد پیوندهای مستقیم با پیش‌بینی‌های مدل‌سازی اتمی در مقیاس بزرگ، برطرف شد. ,13,14,15. Spellauge و همکاران با استفاده از اندازه‌گیری‌های بازتابی حل‌شده با زمان انجام شده در تمام مقیاس‌های زمانی مرتبط. قادر به بازسازی یک تصویر دینامیکی کامل از فرآیند فرسایش، از تحریک الکترونیکی و تزریق الکترون‌ها به محیط آب در اولین پیکوثانیه‌های پس از تحریک، تا برهم‌کنش دینامیکی ستون فرسایشی با آب و ظهور حباب کاویتاسیون هستند. در مقیاس زمانی نانوثانیه، و به انبساط و فروپاشی حباب کاویتاسیون در مقیاس ده‌ها میکروثانیه. اندازه‌گیری‌ها با پیش‌بینی‌های محاسباتی تجزیه فاز انفجاری یک منطقه سطحی از هدف تابیده شده، کاهش سریع ستون فرسایشی توسط محیط آب، تجمع یک لایه فلزی داغ در فصل مشترک ستون-آب، و تشکیل سازگاری دارند. نانوذرات در منطقه اختلاط توده آب 13. تأیید تجربی شکل‌گیری سریع نانوذرات در فصل مشترک توده-آب در اولین نانوثانیه‌های فرآیند فرسایش به‌ویژه قابل توجه است، زیرا برخلاف فرض رایج تشکیل نانوذرات در مرحله بسیار بعدی، در داخل حباب کاویتاسیون در حال گسترش است.

با این حال، تفسیر اندازه‌گیری‌های بازتابی به دور از ساده‌بودن است و شامل تعدادی فرضیه است که هنوز باید در آزمایش‌ها و شبیه‌سازی‌های هدفمند آینده تأیید شوند. توصیف نظری خواص نوری گذرا ماده‌ای که در حال تغییر فاز بسیار غیرتعادلی است چالش برانگیز است و توسعه روش‌های محاسباتی پیشرفته را می‌طلبد. علاوه بر این، تصویربرداری نوری با تفکیک زمانی تنها نقشه‌های دوبعدی (2 بعدی) از فرآیند فرسایش سه بعدی (3D) را ارائه می‌کند. تغییر چگالی مواد، دما و حالت فاز در جهت عادی به سطح تابیده شده در شکل 1 با مجموعه ای از عکس های فوری از شبیه سازی های اتمی در مقیاس بزرگ از فرسایش لیزری یک هدف آلیاژی FeNi تابش شده توسط لیزر 10 اینچی نشان داده شده است.

وقتی موچین های نوری با زیست شناسی آشنا شدند

شیفتگی طولانی مدت آرتور اشکین به فشار نور، بینش جدیدی را در مورد نیروهای مکانیکی حاکم بر مولکول ها و سلول های بیولوژیکی ایجاد کرد.

ادامه دارد ...

ده سال اسپاسرها و نانولیزرهای پلاسمونیک

یک نانولیزر مبتنی بر حالت شکاف پلاسمونیک فلز-عایق-نیمه هادی-عایق-فلز، که در آن محصور شدن عمودی با استفاده از یک ساختار ناهمگن دوتایی به دست آمد. b نانولیزر پلاسمونیک مبتنی بر حالت پلاسمونیک نانوسیم دوبعدی محدود35. c Spaser بر اساس حالت سه بعدی نانوذرات فلزی محدود شده است

خلاصه

ده سال پیش، سه تیم به طور آزمایشی اولین اسپاسرها یا نانولیزرهای پلاسمونیک را پس از اینکه مفهوم اسپاسر برای اولین بار به صورت نظری در سال 2003 مطرح شد، به نمایش گذاشتند. مروری بر پیشرفت قابل توجهی که در 10 سال گذشته به دست آمده در اینجا همراه با زمینه اصلی و اصلی ارائه شده است. انگیزه های این تحقیق پس از یک مقدمه کلی، ابتدا خواص اساسی اسپاسرها را خلاصه می کنیم و انگیزه های اصلی را که منجر به اولین نمایش اسپاسرها و نانولیزرها شده است، مورد بحث قرار می دهیم. این با مروری بر پیشرفت های مهم تکنولوژیکی، از جمله کاهش آستانه لیزر، مدولاسیون دینامیکی، عملیات دمای اتاق، تزریق الکتریکی، کنترل و بهبود اسپاسرها، عملکرد آرایه اسپاسرها، و کاربردهای منتخب اسپاسرهای تک ذره ای دنبال می شود. چشم اندازهای تحقیقاتی در رابطه با چندین جهت توسعه ارائه شده است، از جمله کوچک سازی بیشتر، رابطه با تراکم بوز-اینشتین، اتصالات متقابل جدید مبتنی بر اسپاسر، و سایر ویژگی های اسپاسرها و لیزرهای پلاسمونیک که هنوز محقق نشده اند یا چالش هایی که هنوز وجود دارد. غلبه شود

معرفی

در میان اکتشافات و اختراعاتی که علم، فناوری و به طور کلی تمدن را به شکلی که ما می شناسیم تعریف کرده است، اختراع لیزر در 60 سال پیش خودنمایی می کند.1،2،3. لیزرها قابلیت منحصر به فردی را برای تمرکز انرژی به شکل تابش منسجم در کمترین حجم فاز-فضای ممکن در اپتیک فراهم می کنند. این اجازه می دهد تا پرتوهای منسجم با حداقل واگرایی زاویه ای یا تمرکز تابش به کوچکترین نقاط ممکن، با اندازه های کمتر از نیم طول موج. لیزرها همچنین امکان تمرکز انرژی نوری در حوزه زمانی را به کوتاه‌ترین پالس‌های ممکن، با مدت زمانی در حد یک چرخه نوری می‌دهند، و دسترسی به پدیده‌های زیرسیکلی با مدت زمان‌هایی در حدود ۱۰۰ آتوثانیه را فراهم می‌کنند.

از نظر تاریخی، لیزرها به دلیل تک رنگی بودن، شدت بالا و واگرایی پرتوی پایین خود منادی شده بودند. با این حال، امروزه، انتشار تحریک‌شده به‌عنوان ابزاری برای مهندسی میدان‌های نوری با فرکانس‌های مشخص، ویژگی‌های آماری، پلاریزاسیون‌ها و پروفایل‌های فضایی استفاده می‌شود. دامنه برنامه های کاربردی بسیار گسترده است. مینیاتورسازی همیشه یک موضوع دائمی تحقیقات در فوتونیک بوده است. تنها 2 سال پس از اولین لیزر 3 میمن، لیزرهای نیمه هادی 6 پدیدار شدند که مرتبه ای کوچکتر بودند. از نظر فناوری، لیزرهای نیمه هادی به طور طبیعی فشرده تر هستند، اما با ظهور هتروساختارها7، آنها همچنین قادر به کار با توان کمتر تحت تزریق الکتریکی، حتی تحت انرژی باتری شدند. از آنجایی که مقیاس بندی و ادغام ترانزیستور انقلاب های میکروالکترونیک و کامپیوتر را به حرکت در می آورد، ادغام میکروالکترونیک با فوتونیک برای مدت طولانی غیرقابل اجتناب تلقی می شد. هنگامی که کوچکترین ابعاد لیزرها سرانجام به مقیاسهای طول موجی در دهه 1990 رسیدند (مثلاً رجوع کنید به شماره 9)، آنها هنوز چندین مرتبه بزرگتر از ترانزیستورها بودند. با این حال، مشخص شد که تشدید کننده های نوری در مقیاس میکرو و نانو را می توان برای کنترل انتشار خود به خودی مورد استفاده قرار داد. از این پارادایم، کنترل انتشار خود به خودی به عنوان یک موضوع مدرن تحقیقاتی در زمینه نانولیزرها پدیدار شد.

در آغاز هزاره، نانولیزرهای کریستال فوتونیک (PC) با پمپ نوری در میان کوچک‌ترین دستگاه‌ها بودند. دیگر اشکال لیزرهای کوچک به زودی از اوایل دهه 2000 شروع شد، مانند لیزرهای نانوسیمی 12،13،14،15،16. با این حال، تلاش برای کاهش اندازه تشدید کننده، تولید چنین لیزرهای کامپیوتری کوچکی را که تحت تزریق الکتریکی کار می کنند، بسیار دشوار کرد. تماس‌های فلزی که از نزدیک به حفره نزدیک می‌شدند ناگزیر باعث تلفات پراکندگی و جذب شدند. عوارض رسانش حرارتی ضعیف و پایداری مکانیکی کم نیز به وجود آمد زیرا این دستگاه ها از غشاهای معلق نازک مواد نیمه هادی ساخته شدند. در همین حال، بسیاری از مطالعات بر روی موجبرهای فلزی، احتمال محصور شدن در فراتر از محدوده طول موج نور را نشان می‌دهد. از آنجایی که چنین رویکردهایی باعث تلفات فلزی شدند، استراتژی‌های افزایش یکپارچه نیز برای طولانی‌تر کردن انتشار نور ابداع شدند. عنصر نهایی، و کلید کاهش موثر اندازه فیزیکی لیزرها، ظهور حفره های مبتنی بر فلز بود که در حالت دی الکتریک 27 یا حالت پلاسمونیک در سال 200728 کار می کردند. لیزر29،30،31،32: محصور کردن نوری، بازخورد، تماس های الکتریکی و مدیریت حرارتی33،34،35،36. چنین رویکردهایی متکی به فلزات برای حمایت از امواج الکترومغناطیسی سطحی بود که از نوسانات الکترونی برای ارتقای محصور شدن نوری استفاده می کردند. برگمن و استاکمن 33 بودند که برای اولین بار در سال 2003 متوجه شدند که این امواج پلاسمون سطحی نیز می توانند با انتشار تحریک شده تقویت شوند. بنابراین، مفهوم اسپاسر (مخفف برای تقویت پلاسمون سطحی با انتشار تحریک شده تشعشع) متولد شد.

پالس های سریعتر لیزر شتاب دهنده های پلاسما را تقویت می کنند

روش‌های جدید برای کنترل نحوه انتشار پالس‌های لیزر در داخل پلاسما می‌تواند نشان‌دهنده شروع یک مسابقه جهانی برای نشان دادن شتاب‌دهنده‌های ذرات فشرده با انرژی بالا باشد.

شتاب دهنده های لیزری ویکفیلد می توانند میدان های شتاب دهنده ای بیش از 1000 برابر بزرگتر از شتاب دهنده های معمولی ایجاد کنند. به عنوان مثال، میدان های 100 GV m-1 برای شتاب دادن به الکترون ها تا 0.8 GeV در تنها 8 میلی متر استفاده شده است (مرجع 1). چنین میدان‌های با شتاب بالا ممکن است نشان دهد که یک پرتو 100 GeV می‌تواند در یک شتاب‌دهنده لیزری ویکفیلد فقط 1 متری تولید شود.

فیزیک لیزر ، اپتیک کوانتومی و اتم های فوق سرد

رشته های فیزیک لیزری ، اپتیک کوانتومی و اتم های فوق سرد حوزه های متفاوتی از فیزیک را پوشش می دهد که رفتار ماده یا برهم کنش نور با ماده را در شرایط شدید که بسیار دورتر از آنهایی است که در شرایط روزمره تجربه می شود ، مطالعه می کنند.

مهندسی دقیق لیزری ترکیبی از مواد سخت شفاف: چالش ها ، راه حل ها و برنامه ها

معرفی

فرسایش با استفاده از لیزر به کمک پلاسما

حکاکی مرطوب در پشت با لیزر

میکرو ماشینکاری لیزری با اچینگ

منابع

 

آزمایش های نسبی لیزری-پلاسما

علایق تحقیقاتی: همجوشی با لیزر ، فیزیک جنبشی پلاسما ، فیزیک هسته ای پلاسما و برهمکنش نسبی لیزر-پلاسما

علایق پژوهشی: تداخلات لیزری-پلاسما با پالس کوتاه ، شتاب میدان بیدارکننده لیزری و منابع بتاترون

فیزیک لیزر - پلاسما

علایق تحقیقاتی: فعل و انفعالات لیزری کوتاه و بلند ، شتاب دهنده های مبتنی بر پلاسما و منابع تابش

علایق تحقیقاتی: فیزیک با چگالی انرژی بالا ، اخترفیزیک پلاسما و محاسبات با عملکرد بالا

علایق تحقیقاتی: شبیه سازی عددی فعل و انفعالات لیزری -پلاسما برای کاربردهای همجوشی محدود اینرسی. پراکندگی نوری تامسون 

پژوهشگران گروه مهندسی فیزیک لیزر و پلاسما

پژوهشگران گروه مهندسی فیزیک لیزر و پلاسما

علایق تحقیقاتی: تداخل لیزر - پلاسما ، فوتونیک پلاسما ، همجوشی محرک اینرسی و فیزیک پلاسما

علایق تحقیقاتی: برهمکنش لیزر-پلاسما و انتقال انرژی پرتوی متقاطع در همجوشی با حرکت مستقیم

علایق تحقیقاتی: فیزیک با چگالی انرژی بالا ؛ فعل و انفعالات شدید تابش - ماده ؛ طیف سنجی پلاسما ؛

امواج ضربه ای و پدیده های هیدرودینامیکی درجه حرارت بالا ؛ بی ثباتی هیدرودینامیکی ؛ میدانهای مغناطیسی؛

همجوشی محدود اینرسی