کاربردهای بیوفوتونیک و شیمی

کاربردهای بیوفوتونیک و شیمی

 

طیف سنجی لیزری و تصویربرداری لیزری

توضیحات کتاب

"کتابی بسیار ارزشمند برای دانشجویان کارشناسی ارشد و محققان در زمینه طیف سنجی لیزری که می توانم آن را به طور کامل توصیه کنم"

— ولفگانگ دمترودر، دانشگاه صنعتی کایزرسلاترن

چگونه می توان تصویری منسجم از این رشته با توجه به تمام تکنیک های موجود امروز ارائه داد؟ نویسندگان این کار دلهره آور را در این متن تاثیرگذار و پیشگامانه بر عهده گرفته اند. خوانندگان از مرور کلی مفاهیم اساسی با تمرکز بر کاربردهای علمی عملی و واقعی تجزیه و تحلیل و تصویربرداری طیف‌سنجی لیزری بهره خواهند برد. فصل‌ها از ساختاری منسجم پیروی می‌کنند که با خلاصه‌ای مختصر از اصول و مفاهیم کلیدی آغاز می‌شود، سپس مروری بر کاربردها، مزایا و مشکلات و در نهایت بحث مختصری در مورد پیشرفت‌های اساسی و پیشرفت‌های جاری ارائه می‌شود. نمونه های استفاده شده در این متن از فیزیک و شیمی تا علوم محیطی، زیست شناسی و پزشکی را در بر می گیرد.

بر استفاده عملی در آزمایشگاه و کاربردهای دنیای واقعی تمرکز دارد

مفاهیم اساسی، تنظیمات تجربی رایج را پوشش می دهد

مزایا و اخطارهای تکنیک ها را برجسته می کند

هر فصل را با تصویری از پیشرفت‌های پیشرفته به پایان می‌رساند

این کتاب برای هر کسی در علوم فیزیکی، زیست شناسی یا پزشکی که به دنبال مقدمه ای بر روش های طیف سنجی لیزری و روش های تصویربرداری هستند مناسب است.

هلموت اچ. تله، استاد تمام انستیتو چند رشته ای، دانشگاه کامپلوتنس مادرید، اسپانیا است.

آنجل گونزالس اورنیا، رئیس بخش پرتوهای مولکولی و لیزر، Instituto Pluridisciplinar، Universidad Complutense de Madrid، اسپانیا است.

کتاب راهنمای فناوری و کاربردهای لیزر

کتاب راهنمای فناوری و کاربردهای لیزر

کاربردهای لیزر: پزشکی، مترولوژی و ارتباطات

لیزر برای طیف سنجی

لیزر برای طیف سنجی

فوتونیک برای انقلاب کوانتومی دوم

فوتونیک برای انقلاب کوانتومی دوم

نوآوری های فوتونیک برای علوم زیستی

نوآوری های فوتونیک برای علوم زیستی

این کمیته فرعی به دنبال ارسال های اصلی مربوط به تقاطع علوم زیستی و رویکردهای نوری است که نوآوری سیستم های بیولوژیکی، گزارش شده، دستکاری شده و اندازه گیری شده است. موضوعات مثال شامل موارد زیر است:

تکنیک های میکروسکوپ: فوق العاده رزولوشن، چند فوتون، زمان حل شده، محاسباتی، اپتیک های سازگار، تصویربرداری چند منظوره، عملکردی، in-vivo، تعاملات زمان واقعی با خبرنگاران نوری

بیوفوتونیک: میکرو اندوسکوپ ها و میکروسکوپ های کوچک، منابع لیزر نوآورانه برای تصویربرداری بیولوژیکی و سنجش، الیاف نوری تخصصی، optogenetics، دستکاری نوری، نوروفوتونیک، تصویربرداری نوری و دستگاه های سنجش نوری قابل پوشیدنی یا ایمپلنت

بیوفوتونیک کوانتومی: پیشرفت های اخیر در درک و اعمال اثرات کوانتومی برای مطالعه سیستم های بیولوژیکی و فرآیندهای، و اخیرا روش های فوتونیک را براساس خواص کوانتومی و تعاملات ایجاد شده است که می تواند منجر به کاربرد های عمده زیست پزشکی شود

طیف سنجی: فتوشیمی، PhotoBiology، دینامیک حالت هیجان انگیز، تجزیه و تحلیل طیفی، unmixing، رامان، رامان، رامان افزایش یافته، پراکندگی رومان منسجم، طیف سنجی عکس

روش های محاسباتی: بازسازی تصویر، پردازش تصویر، یادگیری عمیق و یادگیری ماشین، تکنیک های سنجش پیشرفته در بافت های جدا شده، میکروسکوپ فراتر از بازسازی تصویربرداری: روش ها برای ضبط اطلاعات کدگذاری شده در فضا و زمان، تکنیک های هولوگرافی

Optofluidics و Biosensors: Microfluidics، Lab-on-a-chip، یکپارچه سازی فوتونیک برای تشخیص و سنجش، جریان سیاتومتری، سیستم های Velocimetry و PIV

خبرنگاران نوری: توسعه فلوروپور آلی، رنگ ها و نشانگرها، مواد معدنی برای سنجش فوتونی، رویکردهای پراکندگی نور، رنگ های سنجش ولتاژ

لیزر در تحقیقات

فصل 14 لیزر در تحقیقات 515

14.1 لیزرها فرصت های جدید را باز می کنند 515

14.2 طیف سنجی لیزری 516

14.3 دستکاری اشیاء کوچک 521

14.4 لیزرهای اتمی و میعانات بوز-اینشتین 522

14.5 تشخیص امواج گرانشی 524

14.6 ستاره راهنمای لیزری برای ستاره شناسی 525

14.7 نور آهسته 526

14.8 لیزر در مقیاس نانو 527

14.9 لیزرهای عجیب 529

14.10 لیزرهای پالس اولتراکوتاه با توان 530

14.11 لیزرهای الکترون آزاد اشعه ایکس 535

14.12 سایر تحقیقات نوظهور 536

14.13 ما چه آموخته ایم؟ 538

پاسخ سوالات امتحانی 543

ضمیمه A: Laser Safety 547

ضمیمه B: اعداد و فرمول های دستی 553

پیوست ج: منابع و مطالب پیشنهادی 557

واژه نامه 561

شاخص 575

لیزر برای کاربردهای تحقیقاتی

لیزر برای کاربردهای تحقیقاتی

طیف سنجی لیزری در دهه 1970 با گسترش لیزرهای رنگی قابل تنظیم و توسعه تکنیک های طیف سنجی جدید قدرتمند شکوفا شد. لیزرها مزایای مهمی نسبت به منابع طیف‌سنجی معمولی از جمله پهنای خط باریک و تمرکز توان بسیار بالا در یک نوار باریک ارائه می‌دهند که فوتون‌های بیشتری را برای اندازه‌گیری در دسترس می‌سازد. اما این ویژگی‌ها ارزش محدودی داشتند تا اینکه لیزرهای قابل تنظیم، لیزرها را در سراسر طیف نوری و نه تنها در چند باند باریک در دسترس قرار دادند. رنگ‌های منفرد نه تنها پهنای باند گسیل گسترده‌ای داشتند، بلکه رنگ‌های زیادی در دسترس بودند، بنابراین با هم محدوده نوری را در بر می‌گرفتند.

لیزرهای رنگی قابل تنظیم، قدرت تکنیک هایی را که در ابتدا با لیزرهای با طول موج ثابت نشان داده شده بودند، به شدت افزایش دادند. رابرت ترهون برای اولین بار طیف‌سنجی ضد استوکس رامان (CARS) منسجم را با لیزر یاقوتی در سال 1965 در شرکت فورد موتور نشان داد. یک دهه بعد، لیزرهای رنگی قابل تنظیم، CARS را به یک تکنیک قدرتمند و گسترده تبدیل کردند. تکنیک‌های جدید، مانند طیف‌سنجی بدون داپلر دو فوتون، به طور مستقل در سال 1974 توسط دیوید پریچارد، جی. آپت، و تی دبلیو دوکاس در موسسه فناوری ماساچوست (MIT) و تئودور هانش در استنفورد توسعه یافت.116 رشد سریع چنین تکنیک‌هایی رشد فناوری لیزر را تحریک کرد، اما جزئیات خارج از محدوده این مقاله است.

طیف سنجی لیزری یک تحقیق کاملاً خالص نبود. در اواسط دهه 1970، ایالات متحده و اتحاد جماهیر شوروی شروع به تحقیق در مورد استفاده از لیزر در غنی سازی ایزوتوپی کردند. یک هدف تحریک انتخابی اورانیوم 235 برای غنی سازی غلظت ایزوتوپ برای سوخت راکتور بود. وزارت انرژی ایالات متحده همچنین یک برنامه طبقه بندی شده برای تصفیه پلوتونیوم برای استفاده در سلاح های هسته ای با حذف پلوتونیوم 240 انجام داد که نوترون های نامطلوب را با شکافت خود به خود آزاد می کند. توسعه دهندگان امیدوار بودند که غنی سازی لیزر بسیار کارآمدتر و انرژی بسیار کمتری نسبت به فرآیند انتشار گازی باشد که در آن زمان برای تولید سوخت رآکتور ایالات متحده استفاده می شد. برنامه های غنی سازی ایزوتوپ توسعه لیزرهای رنگی پمپ شده با بخار مس برای تحریک انتخابی ایزوتوپ ها در بخارات فلزی و لیزرهای مادون قرمز و فرابنفش برای یک فرآیند دو مرحله ای برای تحریک انتخابی و جمع آوری مولکول های UF6 حاوی U-235 را حمایت کردند.

گداخت محصور اینرسی نیز در دهه 1970 به یک برنامه تحقیقاتی بزرگ تبدیل شد که هدف آن عمدتا شبیه سازی فیزیک سلاح های هسته ای در مقیاس آزمایشگاهی با هدف بلندمدت تحقیق بر روی راکتورهای همجوشی غیرنظامی بود. این نیاز به پالس های لیزری با انرژی بالا در مقیاس نانوثانیه برای گرم کردن و فشرده سازی اهداف داشت. لیزرهای دی اکسید کربن به طور مختصر در لوس آلاموس مورد مطالعه قرار گرفتند و آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی دریایی، لیزرهای گاز هالید کمیاب عظیم ساخت، اما بیشتر لیزرهای همجوشی، لیزرهای نئودیمیم پمپ شده با لامپ بودند که در سال های اخیر از طریق یک ژنراتور هارمونیک سوم برای تولید قرار گرفته اند. پالس های UV

علی جوان مخترع لیزر گازی

علی جوان مخترع لیزر گازی و دریافت کننده بالاترین نشان OSA مدال فردریک ایوز/جاروس کوین است. زندگی حرفه ای جوان در فیزیک و طیف سنجی بیش از 50 سال طول کشید. لیزر هلیوم-نئون که او در سال 1960 با ویلیام آر. بنت اختراع کرد، اولین لیزر نور پیوسته بود. علاوه بر بسیاری از کاربردهای علمی، نسل‌های آینده لیزرهای گازی منجر به اختراعاتی در زمینه‌های انتقال داده‌های اینترنتی، اسکنر بارکد، جوشکاری فلزات، فناوری‌های پزشکی و نظارت و چاپگرهای لیزری شدند.

جوان در سال 1926 در تهران متولد شد و در سال های 1947-1948 در دانشگاه تهران تحصیل کرد، قبل از اینکه در سال 1949 برای تحصیل در رشته فیزیک و ریاضی در دانشگاه کلمبیا نیویورک به آمریکا رفت. دکترای خود را به پایان رساند. در فیزیک در سال 1954 در کلمبیا، به دنبال آن مطالعات فوق دکترا، و سپس سمتی در آزمایشگاه تلفن بل در نیوجرسی که طی آن او لیزر گازی را اختراع کرد. در سال 1962، او به دانشکده MIT پیوست و در آنجا یک آزمایشگاه تحقیقاتی پیشگامانه را توسعه داد، که یکی از بزرگترین در نوع خود در دهه های 1960 و 1970 بود. دستاوردهای برجسته در طول کار برجسته او در MIT توسعه اولین روش برای اندازه گیری دقیق سرعت نور، راه اندازی زمینه طیف سنجی لیزری با وضوح بالا و پیشبرد نظریه میزر سه سطحی بود. جوان در زمان مرگش پروفسور ممتاز فیزیک MIT فرانسیس رایت دیویس بود.

گروه آموزشی مهندس شکوفه ساتری

فیزیک لیزر

فیبر نوری و لیزر فیبر

اپتیک و لیزر در مهندسی

اپتیک کوانتومی و علم اطلاعات کوانتومی

اپتیک فوق سریع و فیزیک میدان قوی

اپتیک غیرخطی

فیزیک اتم های به دام افتاده در سرد

روش های لیزر در شیمی، زیست شناسی، پزشکی و اکولوژی

طیف سنجی لیزری

مواد و لیزرهای جدید لیزر

اپتیک نانومواد

برهمکنش تابش لیزر با ماده

برهم کنش لیزر با مواد جامد

فوتونیک