فرسایش لیزری

فرسایش لیزری

حذف مواد جامد با استفاده از نور شدید لیزرفرسایش لیزری به معنای برداشتن مقداری ماده از سطح جامد با استفاده از نور شدید لیزر، معمولاً به شکل پرتو لیزر است. این اصطلاح اغلب به عنوان یک کاربرد لیزری در نظر گرفته نمی شود، بلکه به عنوان فرآیندی در زمینه کاربردهای خاص در پردازش مواد لیزری تفریقی (ماشین کاری لیزر)، مانند حکاکی لیزری، برش یا حفاری استفاده می شود.

کاربردهای لیزر ابلیشن

فرآیندهای فرسایش لیزر در بسیاری از زمینه های پردازش مواد لیزری استفاده می شود:

در فرآیندهای ماشینکاری لیزری مانند برش لیزری، حفاری و فرز لیزری، حذف مقداری از مواد مورد نیاز است.

همین امر برای حکاکی لیزری به منظور علامت گذاری لیزری یا موارد دیگر صدق می کند. در اینجا، اغلب نیاز به حذف مواد تا عمق مشخصی وجود دارد. یکنواختی به‌دست‌آمده و زبری کم سطح پایین‌تر حاصل می‌تواند مهم باشد. معمولاً ابلیشن با توالی بسیاری از پالس‌های لیزری انجام می‌شود که هر کدام کمی بر خلاف موقعیت قبلی حرکت می‌کنند. چنین فرآیندهایی با طیف وسیعی از مواد مانند فلزات، سرامیک ها، شیشه ها و پلیمرها امکان پذیر است.

قطعات ماشین برای بدست آوردن سطوح ریز بافت پردازش می شوند، به عنوان مثال. به منظور کاهش اصطکاک قطعات روغن کاری شده - برای مثال روی سیلندرها و پیستون های موتورهای احتراقی.

برخی از انواع اصلاح سطح لیزری نیز شامل فرسایش، معمولاً در مقیاس میکروسکوپی است.

تمیز کردن لیزر به معنای حذف برخی از نوع مواد ناخواسته است که اغلب تابش لیزر را بهتر از لایه زیرین جذب می کند. این گزینش پذیری در عمل اغلب برای حذف کامل تمام مواد ناخواسته و در عین حال حفظ مواد بستر بسیار مفید است.

پانل های فتوولتائیک لایه نازک باید در مرزهای خود عایق بندی شوند، به عنوان مثال، یک لایه فلزی باید جدا شود.

رسوب لیزر پالسی از فرسایش لیزری یک ماده به منظور رسوب آن در جای دیگر استفاده می کند.

یک کاربرد عجیب و غریب پیشرانه لیزری است که از پس زدن مواد فرسوده استفاده می کند [6]. برای سرعت‌های پس‌زدگی بسیار بالاتر از سرعت گازهای خروجی موشک‌ها، پیشرانه لیزری ممکن است از نظر جرم مورد نیاز پیشران کارآمدتر باشد، در حالی که به انرژی بیشتری نیاز دارد (به عنوان مثال از یک راکتور هسته‌ای).

همچنین برنامه های کاربردی خارج از حوزه پردازش مواد وجود دارد، به عنوان مثال. طیف‌سنجی شکست ناشی از لیزر (LIBS). در اینجا، یکی تابش توده پلاسمای تولید شده را به صورت طیفی تجزیه و تحلیل می کند.

کاربردهای غیر فنی لیزر فرسایش عمدتاً در حوزه پزشکی است:

جراحی لیزری به فرد این امکان را می دهد که ساختارهای ظریف (مثلاً بخش هایی از تومورهای بدخیم) را بدون تأثیر قابل توجهی بر روی همسایگی آنها به دقت حذف کند. با این حال، سرعت پردازش ممکن است بسیار پایین باشد.

لیزر فرسایش همچنین می تواند در دندانپزشکی برای درمان پوسیدگی استفاده شود. هنگام استفاده از لیزرهایی با طول موج مناسب، می‌توان بافت آسیب‌دیده به پوسیدگی را به‌طور انتخابی حذف کرد و در عین حال قسمت‌های سالم دندان را حفظ کرد.

برای جزئیات بیشتر به پیوندهای مقالات دایره المعارف مراجعه کنید.

پنج نوع اصلی لیزر

لیزر در اطراف ما وجود دارد. جراحان از آنها برای جراحی چشم و درمان سرطان استفاده می کنند. تولیدکنندگان از آنها برای پردازش مواد برای برش، علامت گذاری، جوش، تمیز کردن و بافت انواع مختلف مواد استفاده می کنند. برخی از افراد برای خالکوبی یا حذف موهای زائد به آنها نیاز دارند و همه نمایش های نور لیزر را در طول کنسرت های موسیقی دیده اند. اخیراً کاربردهای جدیدی مانند هولوگرافی لیزری در حال ظهور هستند.

انواع مختلفی از لیزر برای این کاربردها مورد نیاز است. لیزرها بر اساس محیط بهره خود به پنج نوع اصلی طبقه بندی می شوند:

لیزرهای گازی

لیزرهای حالت جامد

لیزرهای فیبر

لیزرهای مایع (لیزرهای رنگی)

لیزرهای نیمه هادی (دیودهای لیزری)

علاوه بر این، این پنج نوع لیزر را می توان بر اساس نحوه عملکردشان به زیرمجموعه هایی تقسیم کرد: لیزرهای موج پیوسته و لیزرهای پالسی. علاوه بر این، انواع مختلفی از لیزرهای پالسی نیز وجود دارد.

قبل از متمایز کردن انواع لیزرها، خوب است به یاد داشته باشید که لیزر در واقع چیست.

لیزر در یک میکرودیسک سیلیکونی هیبریدی کمیاب

نشان می دهد که بهره نوری و لیزر در یک تشدید کننده میکرودیسک سیلیکونی خاکی کمیاب هیبریدی فوق فشرده در 1.9 میکرومتر، با بازده شیب داخلی 60 درصد و توان خروجی بیش از 1 مگاوات روی تراشه منتشر می شود. لیزر تولیوم با استفاده از مراحل پس پردازش در دمای پایین و ساده در مقیاس ویفر ساخته شده است که پتانسیل ادغام در مقیاس بزرگ تقویت کننده های یکپارچه باند 2 میکرومتر و منابع نور را در میکروسیستم های فوتونی سیلیکونی پیشرفته باز می کند.

کاربردهای لیزر کم توان

فصل 12 کاربردهای لیزر کم توان 425

12.1 مزایای نور لیزر 426

12.2 خواندن با لیزر 433

12.3 دیسک های نوری و ذخیره داده 437

12.4 چاپ لیزری 440

12.5 لیزر در ارتباطات فیبر نوری 442

12.6 اندازه گیری لیزری 447

12.7 نمایش نور لیزری، اشاره گرها و نمایشگرهای پروجکشن 453

12.8 برنامه های دفاع کم مصرف 456

12.9 سنجش و طیف سنجی 459

12.10 هولوگرافی 464

12.11 سایر برنامه های کاربردی کم مصرف 468

12.12 ما چه آموخته ایم؟ 469

لیزرها چگونه کار می کنند؟

فصل 3 نحوه عملکرد لیزرها 59

3.1 ساخت لیزر 59

3.2 تولید وارونگی جمعیت 60

3.3 حفره های تشدید 66

3.4 پرتوهای لیزر و تشدید 73

3.5 انتخاب و تنظیم طول موج 81

3.6 تحریک و کارایی لیزر 85

3.7 ما چه آموخته ایم؟ 89

آشنایی با ایمنی لیزر در دندانپزشکی

8.1 ایمنی لیزر 215

8.2 استانداردهای بین المللی لیزر 215

8.3 سازمان های نظارتی و سازمان های غیردولتی 215

8.3.1 سازمان غذا و دارو 215

8.3.2 مرکز FDA برای دستگاه ها و سلامت رادیولوژیک 216

8.3.3 موسسه استاندارد ملی آمریکا 216

8.3.4 اداره ایمنی و بهداشت شغلی 216

8.4 مقررات ایالتی 218

8.5 کنترل های غیردولتی و سازمان های حرفه ای 218

8.5.1 انجمن آمریکایی لیزر در پزشکی و جراحی 218

8.5.2 انجمن پرستاران ثبت شده حین عمل (AORN) 218

8.6 کمیسیون مشترک (TJC) 218

8.7 استانداردها و تمرین 218

8.7.1 افسر ایمنی لیزر 218

8.8 ارزیابی خطر و اقدامات کنترلی 219

8.9 کنترل های اداری 219

8.10 کنترل های رویه ای و تجهیزات 219

8.11 ناحیه کنترل شده با لیزر 220

8.12 نگهداری و خدمات 221

8.13 خطرات پرتو 221

8.13.1 محافظت از چشم 221

8.13.2 محافظت از پوست 223

8.14 برنامه های آموزشی و ایمنی لیزر 223

8.15 نظارت پزشکی 223

8.16 خطرات بدون پرتو 223

8.17 خطرات الکتریکی 224

8.18 Smoke Plume 224

8.19 خطرات آتش سوزی و انفجار 224

8.20 رویه های مشترک راه هوایی 225

8.21 نتیجه 226

پیوست الف: مطلب پیشنهادی 227

پیوست B: واحدهای فیزیکی، پارامترهای لیزر، پارامترهای فیزیکی، فرمول های مهم 229

پیشرفت در فناوری نانولیزر

آلبرت اینشتین در سال 1916 انتشار تحریک شده را پیشنهاد کرد، [1] [2] که به اولین نمایش لیزر در سال 1961 کمک کرد.[2][3] از آن زمان به بعد، مردم همواره به دنبال کوچک سازی لیزرها برای اندازه فشرده تر و مصرف انرژی کمتر بوده اند. از آنجایی که مردم در دهه 1990 متوجه شدند که نور برهمکنش‌های متفاوتی با ماده در مقیاس نانو دارد، پیشرفت قابل توجهی برای دستیابی به کوچک‌سازی لیزرها و افزایش راندمان تبدیل توان حاصل شده است. انواع مختلفی از نانولیزرها در دهه های گذشته توسعه یافته اند.

در دهه 1990، برخی از طرح‌های جذاب لیزر میکرودیسک[4][5] و لیزر کریستال فوتونی[6] [7] نشان داده شد که اندازه حفره یا حجم انرژی با قطرهای میکرو/نانو دارند و به حد پراش نور نزدیک می‌شوند. رفتار نورتابی نانوسیم‌های ZnO توده‌ای برای اولین بار در سال 2001 توسط پروفسور Peidong Yang از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی گزارش شد و دری را برای مطالعه نانولیزرهای نانوسیمی باز کرد.[8] این طرح ها هنوز از حد پراش تجاوز نمی کنند تا زمانی که لیزرهای پلاسمونیک یا اسپاسرها نشان داده شوند.

دیوید جی. برگمن و مارک استاکمن برای اولین بار امواج پلاسمون سطحی تقویت شده را با گسیل تحریک شده پیشنهاد کردند و اصطلاح Spaser را به عنوان "تقویت پلاسمون سطحی با انتشار تحریک شده تشعشع" در سال 2003 ابداع کردند.[9][10] تا سال 2009، نانولیزرهای پلاسمونیک یا اسپاسرها برای اولین بار به صورت تجربی به دست آمدند، [11] [12] [13] که در آن زمان به عنوان کوچکترین نانولیزرها در نظر گرفته می شدند.

تقریباً از سال 2010، پیشرفت در فناوری نانولیزر وجود داشته است و انواع جدیدی از نانولیزرها مانند لیزر تقارن زمان برابری، حالت‌های محدود در لیزر پیوسته و لیزر عایق‌های توپولوژیکی فوتونیک توسعه یافته‌اند.

جدول زمانی توسعه نانولیزرها

جدول زمانی توسعه نانولیزرها

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 و طیف سنجی جذب گاز فیبر نوری

این کتاب تلاشی منحصربه‌فرد برای مروری بر فناوری طیف‌سنجی جذبی لیزر و فیبر نوری برای کاربردهای سنجش گاز، از اصول اولیه تا پیشرفته‌ترین، است. این یک ورود کارآمد به این حوزه برای کاربران جدید و محققان با تجربه است.

این کتاب بینش های علمی زیادی، تجزیه و تحلیل نظری دقیق و جزئیات طراحی ارائه می دهد. بیشتر محتوا مربوط به منطقه طیفی نزدیک به IR برای طیف‌سنجی جذب گاز است. طول موج نور و لیزر کمتر از 2 میکرومتر، در پنجره انتقال فیبرهای نوری سیلیس استاندارد است.

سنسورهای نزدیک به IR ساده ترین، ارزان ترین، همه کاره ترین و بالغ ترین راه حل را ارائه می دهند. با این حال، منابع متوسط IR و کاربردهای حسگر به سرعت در حال رشد هستند، بنابراین فصل آخر یک نمای کلی مهم از سنسورهای جذب گاز متوسط IR ارائه می دهد.

این کتاب به عنوان یک کتاب درسی برای تازه واردان به این رشته و به عنوان مرجعی برای دانشمندان و مهندسان شناخته شده خواهد بود.