درس لیزر

گروه آموزشی مهندس شکوفه ساتری

فیزیک کلاسیک

تابش جسم سیاه چیست؟

نظریه موجی نور، که معادلات ماکسول آن را به خوبی دریافت کرد، در دهه 1800 به نظریه نور غالب تبدیل شد (بر نظریه جسمانی نیوتن، که در تعدادی از موقعیت ها شکست خورده بود) پیشی گرفت. اولین چالش بزرگ برای این نظریه در توضیح تشعشعات گرمایی بود، که نوعی تابش الکترومغناطیسی است که از اجسام به دلیل دمای آنها ساطع می شود.

بیوفوتونیک با شکوفه ساتری

لیزر مادون قرمز پیکوثانیه (PIRL-Ohmics): محدودیت بنیادی تک سلولی برای جراحی کم تهاجمی با تشخیص بیولوژیکی کامل برای راهنمایی جراحی

تصویربرداری نانوثانیه ای تک شات با میکروسکوپ الکترونی عبوری پویا

تصویربرداری فتوآکوستیک با سرعت بالا از فعالیت های مغز

تصویربرداری پیشرفته از شبکیه چشم

روش‌های جدید تصویربرداری نوری برای تشخیص SARS-CoV-2

سنجش از دور فوتوآکوستیک نسل دوم - بافت شناسی مجازی

آسیب شناسی سه بعدی محاسباتی با میکروسکوپ صفحه نوری روباز

تدریس فیزیک لیزر با شکوفه ساتری

بیوفوتونیک با شکوفه ساتری

بیوفوتونیک با شکوفه ساتری

فیزیکدانان گام بزرگی در طراحی نانولیزر برمی دارند

نانولیزرها اخیراً به‌عنوان دسته جدیدی از منابع نوری ظاهر شده‌اند که اندازه آن تنها چند میلیونیم متر است و خواص منحصربه‌فردی به‌طور قابل‌توجهی با لیزرهای ماکروسکوپی متفاوت است. با این حال، تعیین اینکه تابش خروجی نانولیزر در چه جریانی منسجم می‌شود تقریباً غیرممکن است، در حالی که برای کاربردهای عملی، تمایز بین دو رژیم نانولیزر مهم است: عمل لیزر واقعی با خروجی منسجم در جریان‌های بالا و رژیم LED مانند با خروجی نامنسجم در جریان های کم. محققان موسسه فیزیک و فناوری مسکو روشی را توسعه دادند که به شما امکان می دهد در چه شرایطی نانولیزرها به عنوان لیزر واقعی واجد شرایط هستند. این تحقیق در Optics Express منتشر شد.

لیزر به طور گسترده در لوازم خانگی، پزشکی، صنعت، مخابرات و غیره استفاده می شود. چندین سال پیش، لیزرهایی از نوع جدیدی به نام نانولیزر ساخته شد. طراحی آنها شبیه به لیزرهای نیمه هادی معمولی مبتنی بر ساختارهای ناهمسان است که برای چندین دهه شناخته شده است. تفاوت این است که حفره های نانولیزرها به ترتیب طول موج نور ساطع شده از این منابع نوری بسیار کوچک هستند. از آنجایی که آنها بیشتر نور مرئی و مادون قرمز تولید می کنند، اندازه آنها در حدود یک میلیونیم متر است.

در آینده نزدیک، نانولیزرها در مدارهای نوری یکپارچه گنجانده می‌شوند، جایی که برای نسل جدید اتصالات پرسرعت مبتنی بر موجبرهای فوتونیک مورد نیاز هستند، که عملکرد CPU و GPU را تا چندین مرتبه افزایش می‌دهد. به روشی مشابه، ظهور اینترنت فیبر نوری سرعت اتصال را افزایش داده و در عین حال بهره وری انرژی را نیز افزایش داده است.

و این تنها کاربرد ممکن نانولیزرها نیست. محققان در حال حاضر در حال توسعه حسگرهای شیمیایی و بیولوژیکی به اندازه یک میلیونم متر و سنسورهای استرس مکانیکی به اندازه چند میلیاردم متر هستند. همچنین انتظار می رود از نانولیزرها برای کنترل فعالیت نورون ها در موجودات زنده از جمله انسان استفاده شود.

برای اینکه یک منبع تشعشع به عنوان لیزر واجد شرایط باشد، باید تعدادی از الزامات را برآورده کند، یکی از اصلی‌ترین آنها این است که باید تشعشع منسجمی منتشر کند. یکی از خصوصیات متمایز لیزر که ارتباط تنگاتنگی با انسجام دارد، وجود آستانه لیزری است. در جریان‌های پمپ زیر این مقدار آستانه، تابش خروجی عمدتاً خود به خود است و از نظر خواص با خروجی دیودهای ساطع نور معمولی (LED) تفاوتی ندارد. اما به محض رسیدن به جریان آستانه، تابش منسجم می شود. در این مرحله طیف انتشار یک لیزر ماکروسکوپی معمولی باریک می شود و توان خروجی آن افزایش می یابد. ویژگی دوم یک راه آسان برای تعیین آستانه لیزر فراهم می کند - یعنی با بررسی اینکه چگونه توان خروجی با جریان پمپ تغییر می کند.

نمایشگاه سنسورها + تصویربرداری 2022

فن آوری ها و برنامه های کاربردی ارائه شده است

محصولات و فناوری‌هایی که روی زمین خواهید دید، از آشکارسازها و حسگرها گرفته تا لیزرها و تجهیزات تصویربرداری برای جامعه امنیتی و دفاعی را شامل می‌شود، در حالی که پوشش جامع سیستم‌های حسگر، تجزیه و تحلیل داده‌ها، و پلت‌فرم‌های ماهواره‌ای در سمت سنجش از راه دور ارائه می‌شود.

آینده فناوری فوتونیک و کاربردهای آن

فناوری فوتونیک گسترده است. فوتونیک چندین کاربرد را ممکن می سازد، از جمله فیبرهای نوری که اطلاعات را از طریق اینترنت منتقل می کنند، صفحه نمایش گوشی های هوشمند و ابزارهای رایانه ای، افزایش دقت تولید، قابلیت های نظامی بهتر، و ابزارهای تشخیص پزشکی بی شماری.

در چند دهه آینده، فرصت هایی که فوتونیک فراهم می کند، این پتانسیل را دارد که تأثیر اجتماعی بسیار بیشتری داشته باشد. فوتونیک در قلب برخی از رقابتی ترین و پرمخاطب ترین بازارهای تاریخ، با صنعت 14.5 میلیارد پوندی خواهد بود.

فیبر نوری با لیزر

لیزرها تا سال 2035 در تمام ارتباطات بین ماهواره‌ای برای ماهواره‌های مدار پایین مورد استفاده قرار خواهند گرفت و سریع‌ترین اتصال را حتی به دورترین نقاط  فراهم می‌کنند.

خطوط نوری برای ارتباطات ماهواره‌ای به زمین برای رفع نیاز روزافزون به پهنای باند مستقل از مکان، عادی خواهد شد.

از آنجایی که نور لیزر یک منبع نور تک طول موج است، برای سیستم های ارتباطی فیبر نوری ایده آل است. نور منتشر شده توسط یک لامپ یا خورشید ترکیبی از چندین طول موج مجزا است. از آنجایی که امواج نور در چنین پرتوی خارج از فاز هستند، پرتو قوی خاصی تشکیل نمی دهد.

از طرف دیگر پرتوهای لیزر دارای یک طول موج هستند و تمام امواج آنها در فاز هستند و در نتیجه نور بسیار شدیدی تولید می کنند. طول موج یک فیبر نوری بر سرعت عبور نور از آن تأثیر می گذارد. از آنجایی که نور معمولی دارای طول موج‌های متنوعی است، تفاوت‌هایی در سرعت انتقال ایجاد می‌شود و تعداد پیام‌هایی را که ممکن است در مدت زمان معینی منتقل شوند، محدود می‌کند.

از آنجایی که نور لیزر یک منبع نوری تک طول موج با فاز ثابت است، نور لیزر به آرامی با پراکندگی بسیار کم حرکت می کند و برای ارتباطات از راه دور بسیار عالی است.

نسل بعدی شبکه نوری پرسرعت

لیزرها ممکن است بتوانند نیازهای نسل بعدی شبکه های نوری پرسرعت را برطرف کنند. آنها به دلیل هزینه ارزان، قابلیت تنظیم گسترده، مصرف انرژی کم و پاسخ طیف عالی، منابع انتقال عالی هستند.

نورهای لیزری به طور گسترده ای به عنوان منابع نور انتقال داده با سرعت بالا در ارتباطات فیبر نوری استفاده می شود. آنها اندازه کوچکی دارند، ادغام آسان و قدرت خروجی بالایی دارند. انتشار تحریک شده انتشار منسجمی را در آن لیزرها ایجاد می کند و تزریق الکتریکی در ناحیه فعال نیمه هادی حاصل می شود.

از آنجایی که این لیزرهای دایود کوچک هستند، می‌توان آن‌ها را با استفاده از تکنیک‌های ساخت به خوبی تولید کرد. لیزرهای نیمه هادی در تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی نوری بسیار کارآمد هستند.

مزایای اقتصادی شناسایی و برچسب گذاری نوری

انتظار می رود دیجیتالی شدن تولید 455 میلیارد پوند منفعت اقتصادی و 4.5 درصد کاهش در انتشار CO2 داشته باشد. یک سوم از 11 میلیارد پوند بازار لیزر در سراسر جهان برای پردازش مواد استفاده می شود.

با این حال، پذیرش صنعت در  کم است، به ویژه در خارج از تولید کنندگان برتر. تا سال 2035، اصلاح این امر باعث ایجاد 8 میلیارد پوند در مجموع درآمد سالانه تولید لیزر می شود

پردازش تصویر لیزری و بینایی کامپیوتری برای حمایت از تولید موتورهای الکتریکی و باتری رقابتی در بریتانیا، از جمله نوآوری مورد نیاز برای انطباق با انواع وسیعی از مواد، حیاتی خواهد بود.

برای مثال، فوتونیک فقط در کشاورزی شروع شده است. دستگاه‌های شیردوشی مبتنی بر لیزر، که اختراع شده‌اند، در حال افزایش در بازار هستند و تولید لبنیات و رفاه حیوانات را افزایش می‌دهند. تا سال 2035، فوتونیک زراعت را دیجیتالی می کند و انقلابی در تولید مواد غذایی ایجاد می کند.

اقتصاد دایره ای

کل ارزش بالقوه اقتصاد دایره ای بسیار فراتر از بازیافت مواد یا بازگرداندن آنها است. این ارزش در استفاده مجدد، تعمیر، نوسازی و ساخت مجدد قطعات و محصولات گنجانده شده است. بنابراین، تقویت این تنظیمات و مهارت‌های معکوس به همان اندازه ضروری است.

شبکه‌های تامین‌کننده ورودی پیچیده و چندلایه توسط مشاغل تسلط یافته است. در بازار فوتونیک، به منظور استفاده از پتانسیل، ارزش و امنیت عرضه در ، شرکت‌ها باید به منظور برآورده کردن تقاضا از بازارهای چند میلیارد پوندی، امکان افزایش مقیاس را در سراسر جهان فراهم کنند. اکنون به همان سطح مهارت برای سازماندهی جریان‌های ارزش پس از استفاده در بسیاری از شرکای چرخه معکوس نیاز است.

بیش از 50 درصد از قیمت های نوبل مربوط به فوتونیک است

برای پیشبرد دانش بشری، تحقیقات بنیادی در مقیاس بزرگ از فوتونیک مانند تلسکوپ، شتاب دهنده ذرات و لیزرهای پرقدرت با پمپاژ نوری استفاده می کنند. در 25 سال گذشته، 50 درصد از تمام جوایز نوبل در فیزیک به اکتشافات فوتونیک مرتبط بوده و یا مستقیماً بر فوتونیک به عنوان یک روش اکتشافی تکیه کرده اند.

از رایانه‌های کوانتومی گرفته تا ارتباطات کوانتومی ایمن، قلمرو جدید هیجان‌انگیز فناوری‌های برهم‌نهی کوانتومی مستقیماً مبتنی بر فوتونیک است یا برای کار کردن به فوتونیک نیاز دارد.

 نیروگاه علمی فوتونیک با رشد بازار بالا

پیش‌بینی اینکه اکتشافات جدید چه، کجا و چه زمانی تولید می‌شوند سخت است، اما واضح است که در اکثر موارد از فوتونیک استفاده می‌شود.  از لیزرهای پرقدرت گرفته تا تلسکوپ‌ها، تک فوتون‌ها و میکروسکوپ‌های با وضوح فوق‌العاده.

تا سال 2035، داده های ارسالی بیش از 99.5 درصد از زمان سفر را به صورت نور منتقل خواهند کرد. در نتیجه، فوتونیک برای امنیت دیجیتال ما حیاتی است. نیاز به تقویت تخصص  در این زیرساخت مهم به وضوح درک شده است. نوآوری هایشامل تقویت کننده های نوری و فیبرهای نوری است.  ارتباطات کوانتومی ایمن در حال توسعه است.

گروه آموزشی مهندس شکوفه ساتری