اپتیک و لیزر در پزشکی

اپتیک و لیزر در پزشکی

اپتیک زیست پزشکی

کاربردهای لیزر در پزشکی

لیزر در دندانپزشکی

لیزرها اکنون با طول موج های خروجی از اشعه ماوراء بنفش دور تا مادون قرمز میانی در دسترس هستند. تعداد فزاینده ای از این طول موج های لیزر در پزشکی استفاده می شود. برای اینکه لیزر اثر مطلوبی داشته باشد، باید انرژی آن در بافت مورد نظر جذب شود. به این ترتیب، لیزرها برای کاربردهای خاص بر اساس ویژگی های جذب طول موج(های) آنها در بافت و وسایل موجود برای رساندن انرژی لیزر به محل درمان انتخاب می شوند.

تاثیر لیزر بر روی بافت: وقتی انرژی لیزر بر روی بافت برخورد می کند، سه اتفاق می افتد. مقداری از نور منعکس می شود، مقداری در محل درمان جذب می شود و مقداری به بافت های خارج از محل درمان منتقل می شود.

برای اینکه لیزر موثر باشد، نور باید توسط بافت های مورد نظر جذب شود. میزان وقوع هر کدام تابعی از طول موج لیزر و نحوه تعامل انرژی لیزر با بافت تحت تابش است.

اثرات تابش: تابش به درجه ای گفته می شود که انرژی لیزر بر روی بافت های مورد نظر متمرکز می شود. تابش در هدف، توان لیزر تقسیم بر ناحیه هدف است و واحد اندازه گیری وات بر سانتی متر مربع است. از آنجایی که اکثریت قریب به اتفاق پرتوهای خروجی لیزر جراحی گرد هستند و مساحت یک دایره به صورت Br2 تعریف می شود، اگر شعاع نقطه هدف افزایش یا کاهش یابد، تغییر حاصل در تابش به عنوان تابع معکوس r2 افزایش یا کاهش می یابد. بنابراین، یک تغییر کوچک در اندازه نقطه می تواند تأثیر چشمگیری بر تابش هدف و به تبع آن سرعت تخریب بافت توسط لیزر داشته باشد.

فن آوری های جدید لیزر و کاربردهای آنها

فن آوری های جدید لیزر و کاربردهای آنها

لیزرهای حالت جامد پیشرفته با لیزر-دیود-پمپ

اندازه‌گیری‌های نوری با حساسیت بالا/دقت (تشخیص امواج گرانشی، منبع نور استاندارد فرکانس)

تجزیه و تحلیل فیزیکی پردازش مواد لیزری

توسعه لیزرهای تثبیت شده فرکانس یکپارچه و کاربردهای آنها

اسکن لیزری چند عکس میکروسکوپ

اپتیک کوانتومی

 

لیزر برای کاربردهای مختلفی در زمینه های علمی، پزشکی، صنعتی و تجاری استفاده می شود.

طیف‌سنجی لیزری: شاخه‌ای از طیف‌سنجی است که در آن از لیزر برای روشن کردن نمونه مورد مطالعه به منظور تعیین طیف جذب دقیق استفاده می‌شود.

میکروسکوپ اسکن لیزری کانفوکال: این لیزرها را می توان به عنوان بخشی از میکروسکوپ نیز استفاده کرد، اگرچه نحوه تشکیل تصویر با میکروسکوپ معمولی بسیار متفاوت است. میکروسکوپ اسکن لیزری کانفوکال یا CLSM، تکنیکی است که یک نمایش سه بعدی از نمونه را بازسازی می کند.

همجوشی هسته ای: همجوشی هسته ای نوعی واکنش هسته ای است که در آن دو هسته اتمی کوچکتر با هم ترکیب شده و هسته بزرگتری را تشکیل می دهند. زنجیره ای از این واکنش های همجوشی به عنوان منبع انرژی برای ستارگان از جمله خورشید عمل می کند.

جراحی لیزری: رایج‌ترین نوع جراحی لیزری که امروزه تبلیغ می‌شود، از لیزر اگزایمر آرگون فلوراید برای تغییر شکل عدسی چشم برای اصلاح عیوب انکساری استفاده می‌کند که در غیر این صورت افراد باید از عینک‌های اصلاحی یا لنزهای تماسی استفاده کنند. با پیشرفت لیزر و فناوری محاسباتی، تکنیک‌های جراحی انکساری به طور پیوسته کارآمدتر و موفق‌تر شده‌اند.

نانواپتیک

نانو اپتیک 

متاسرفیس

اپتیک تخت

متاولوگرام

نانو فوتونیک

دستگاه های نوری در مقیاس نانو

نانو پلاسمونیک ها

فرامواد تمام دی الکتریک

 

نانواپتیک یک کلاس جدید ارزشمند از فناوری است که از تعامل منحصر به فرد نور با طول زیر موج، مواد طرح‌دار در مقیاس نانو و تکنیک‌های ساخت مبتنی بر فناوری نانو برای ساخت یک دستگاه نوری و پلت‌فرم تولیدی مناسب بهره می‌برد. نانو اپتیک ها را نیز می توان با نانوساختارهای یک، دو یا سه بعدی ایجاد کرد. بر اساس پیکربندی نانوساختارها و مواد تشکیل دهنده مورد استفاده در ساخت آنها، این دستگاه ها می توانند به صورت زیر عمل کنند:

• تقسیم کننده ها و ترکیب کننده های تیر پلاریزاسیون

• صفحات موج

• میکرولنزها

• پلاریزه کننده ها

• فیلترها

• پوشش های ضد انعکاس و انتشار و موارد دیگر.

متاسرفیس ها موضوع تحقیقات مهمی هستند و به دلیل توانایی متمایزشان در دستکاری امواج الکترومغناطیسی در فرکانس های مایکروویو و نوری در کاربردهای متعددی استفاده می شوند. این مواد ورق مصنوعی عمدتاً از تکه‌های فلزی یا اچینگ‌های دی الکتریک در پیکربندی‌های مسطح یا چند لایه با ضخامت زیر موج تشکیل شده‌اند، دارای مزایای سبک وزن، سهولت ساخت و قابلیت تنظیم انتشار امواج هم بر روی سطح و هم در فضای آزاد اطراف هستند. فضا.

کاربردهای متاسرفیس:

برهمکنش پلاسمون سطحی با موج الکترومغناطیسی منجر به ناپیوستگی فاز در سراسر فراسطح می شود. از آنجایی که عناصر روی یک متاسطح می‌توانند از نظر فضایی متفاوت باشند، این تغییر می‌تواند باعث شود که جریان‌های روی سطح بسته به عنصر تشدیدکننده منفرد منجر شود. این پدیده موضعی به ما اجازه می‌دهد که جبهه‌های موج را هنگام عبور از یک فراسطح تنظیم کنیم و به کاربردهای مختلفی منجر شود.

جزوه لیزر

لیزرها

لیزرهای گازی

لیزرهای شیمیایی

لیزرهای اگزایمر

لیزرهای حالت جامد

لیزرهای فیبر و دستگاه های فیبر/تقویت کننده

لیزرهای کریستال فوتونیک

لیزرهای نیمه هادی، مواد و کاربردها

فیزیک و کاربردهای دینامیک لیزر نیمه هادی

لیزرهای رنگی

لیزرهای الکترون آزاد

لیزرهای فیبر (Cw و پالس)

لیزرهای رامان (Vis And Ir)

لیزرهای هیبریدی Mid-IR

لیزرهای تولیوم

لیزر وسیله‌ای است که اتم‌ها یا مولکول‌ها را تحریک می‌کند تا نور را در طول موج‌های خاصی ساطع کنند و آن نور را تقویت می‌کند و معمولاً یک پرتو بسیار باریک از تابش تولید می‌کند. انتشار عموماً محدوده بسیار محدودی از طول موج های مرئی، مادون قرمز یا فرابنفش را پوشش می دهد.

برنامه های کاربردی:

1. لیزرها به طور گسترده در تولید استفاده می شوند، به عنوان مثال. برای برش، حفاری، جوشکاری، روکش، لحیم کاری (لحیم کاری)، سخت شدن، تراشیدن، عملیات سطحی، علامت گذاری، حکاکی، ریزماشین کاری، رسوب لیزری پالسی، لیتوگرافی و غیره.

2. از لیزر برای جراحی نیز استفاده می شود و از امکان برش بافت ها و در عین حال کمترین خونریزی و در اصلاح بینایی دندانپزشکی، پوست، انواع درمان های زیبایی مانند برداشتن خالکوبی و رفع موهای زائد استفاده می شود.

3. ارتباط فیبر نوری، که عمدتاً برای انتقال داده های نوری در فواصل طولانی استفاده می شود، معمولاً به نور لیزر در فیبرهای شیشه ای نوری متکی است. ارتباطات نوری فضای آزاد، به عنوان مثال. برای ارتباطات بین ماهواره ای، بر روی لیزرهای با قدرت بالاتر، تولید پرتوهای لیزری همسو که در فواصل بزرگ با واگرایی پرتوهای کوچک منتشر می شوند، پیش بینی می شود.

4. اسکنرهای لیزری جهت پرتوهای لیزر را اسکن می کنند که می تواند به عنوان مثال بخواند. بارکدها یا سایر گرافیک ها در فاصله ای مشخص. همچنین امکان اسکن اشیاء سه بعدی وجود دارد، به عنوان مثال. در چارچوب بررسی صحنه جرم

5. مواد جامد را می توان با طیف سنجی شکست ناشی از لیزر تجزیه و تحلیل کرد. میکروسکوپ های لیزری و تنظیمات برای توموگرافی انسجام نوری (OCT) تصاویری از نمونه های بیولوژیکی را با وضوح بسیار بالا، اغلب در سه بعدی، ارائه می دهند. همچنین امکان تصویربرداری عملکردی وجود دارد.

فوتونیک فضایی

فوتونیک فضایی

تشدید کننده ها و دستگاه های میکرو / نانو نوری

فوتونیک به سرعت در حال تبدیل شدن به یک فناوری فضایی توانمند با پتانسیل بارور کردن چندین بازار در حوزه فضایی است.

به دلیل مزایای مرتبط با پهنای باند، جرم، مصرف انرژی، اندازه پرتو و مصونیت در برابر تداخل الکترومغناطیسی، زیرسیستم‌های فوتونیک در حال حاضر در سیستم‌های ماهواره‌ای ناوبری، ماهواره‌های رصد زمین، صورت‌های فلکی مدار پایین زمین و محموله‌های ماهواره‌ای مخابراتی مورد توجه قرار گرفته‌اند.

اجزای فوتونیک مستقر در فضا نیاز به ارزیابی عملکرد بیشتری در مقایسه با همتایان استاندارد مخابراتی زمینی دارند. پارامتر کلیدی که باید تعریف شود این است که عملکرد پایان عمر زمانی که در معرض بدترین عوامل تخریب قرار می گیرد.

فیبر نوری درجه فضایی: اجزای اپتوالکترونیکی بلوک های ساختمانی کلیدی سیستم های ارتباطی لیزری ماهواره ای و پیوندهای درون ماهواره ای در محموله های ماهواره ای مخابراتی هستند. لیزرهای نیمه هادی معمولاً برای تولید نور در طول موج مورد علاقه برای انتقال استفاده می شوند و بنابراین از نور پمپ نوری در فیبرها یا شیشه های دوپینگ برای تولید و تقویت سیگنال استفاده می شود.

سیستم‌های واجد شرایط فضایی: ادغام فیبر نوری و لیزر در زیرسیستم‌ها اغلب با گذراندن موفقیت‌آمیز تست‌های واحد سطح فضایی مطابق با استانداردهای ESA یا ناسا، مانند ECSS-E-10-03، که الزامات استاندارد محیطی و تست عملکرد را برای سیستم فضایی و اجزای آن

اپتیک و بیوفیزیک

اپتیک و بیوفیزیک

علم نوری فوق سریع

روش ها و ابزار دقیق بیوفیزیکی

اپتیک بیولوژیکی و بیوآکوستیک

بیوفیزیک مولکولی و نظریه بیوفیزیک

بیوفتونیک و اپتیک زیست پزشکی

بیوآکوستیک مطالعه تولید، انتقال و دریافت صداهای حیوانات است. این نه تنها صداهای حیواناتی مانند پرندگان و پستانداران را شامل می شود، بلکه صداهایی را که می تواند توسط حشرات تولید شود نیز شامل می شود.

مواد و روش ها:

گوش دادن یکی از روش های مورد استفاده در تحقیقات زیست آکوستیک است. فرآیندهای نوروفیزیولوژیک نقش مهمی در تولید، تشخیص و تفسیر صداها در حیوانات بازی می‌کنند، بنابراین رفتار حیوانات و در نتیجه خود سیگنال‌ها برای به دست آوردن بینش در این فرآیندها استفاده می‌شوند.

1. سیگنال‌های صوتی: یک ناظر با تجربه می‌تواند از صداهای حیوانات برای تصدیق گونه‌های جانوری «آوازخوان»، موقعیت آن و وضعیت آن در طبیعت استفاده کند. بررسی صداهای حیوانات همچنین شامل ضبط سیگنال با ضبط کننده الکترونیکی است. با توجه به گستره وسیعی از خواص سیگنال و رسانه ای که از طریق آنها منتشر می شود، به جای میکروفون استاندارد، تجهیزات تخصصی مانند هیدروفون (برای صداهای زیر آب)، آشکارسازهای اولتراسوند (صداهای با فرکانس بسیار بالا) یا مادون صوت (خیلی کم) نیز ممکن است مورد نیاز باشد. صداهای فرکانس) یا یک ارتعاش سنج لیزری (سیگنال های ارتعاشی زیرلایه). کامپیوترها برای ذخیره و تجزیه و تحلیل صداهای ضبط شده استفاده می شوند. نرم افزار تخصصی ویرایش صدا برای توصیف و مرتب سازی سیگنال ها مطابق با شدت، فرکانس، مدت زمان و سایر پارامترها استفاده می شود.

2. تولید، تشخیص و استفاده از صدا در حیوانات: دانشمندان در زمینه بیوآکوستیک به آناتومی و فیزیولوژی عصبی اندام‌های درگیر در تولید و تشخیص صدا، از جمله شکل، عملکرد ماهیچه‌ها و فعالیت شبکه‌های عصبی درگیر علاقه دارند. مورد توجه ویژه کدگذاری سیگنال ها با پتانسیل عمل در دومی است.

3. تخمین زیست توده: تخمین زیست توده روشی برای تشخیص و کمیت ماهی و سایر موجودات دریایی با استفاده از فناوری سونار است. هنگامی که پالس صدا در آب حرکت می کند، با اجسامی مواجه می شود که چگالی متفاوتی نسبت به محیط فراگیر دارند، مانند ماهی، که صدا را به سمت منبع صدا منعکس می کنند. این پژواک ها اطلاعاتی در مورد اندازه، مکان و فراوانی ماهی ارائه می دهند.

فوتونیک غیرخطی: مبانی و کاربردها

فوتونیک غیرخطی: مبانی و کاربردها

نمایشگر و نورپردازی

منابع قدرت / شدت بالا

فوتونیک سیلیکون یک فناوری مبتنی بر ساخت مدارهای نوری یکپارچه با استفاده از پارادایم های معادل به عنوان صنعت غالب است. سیلیکون و مواد مبتنی بر سیلیکون دارای غیرخطی‌های نوری قوی هستند که در دستگاه‌های یکپارچه با سطح مقطع کوچک موجبرهای سیلیکونی با کنتراست بالا یا کریستال‌های فوتونیک افزایش می‌یابد. در اینجا فوتون‌ها به گونه‌ای ساخته می‌شوند که به شدت با محیطی که در آن منتشر می‌شوند، تعامل داشته باشند. این استدلال مرکزی فوتونیک سیلیکونی غیرخطی است.

اپتیک غیرخطی

این شاخه ای از اپتیک است که رفتار نور را در محیط های غیرخطی توصیف می کند، یعنی محیط هایی که در آن چگالی قطبش P به صورت غیر خطی به میدان الکتریکی E نور پاسخ می دهد.

فرآیندهای نوری غیرخطی

اپتیک غیرخطی پاسخ غیرخطی خواصی مانند فرکانس، قطبش، فاز یا مسیر نور فرودی را توضیح می دهد. این فعل و انفعالات غیرخطی به تعدادی از پدیده های نوری منجر می شود.

کیهان شناسی و اخترفیزیک لیزری

کیهان شناسی و اخترفیزیک لیزری

اخترفیزیک نظری و تجربی

کیهان شناسی آگاهی

دینامیک سیالات اخترفیزیکی

کیهان شناسی فیزیکی و تورم کیهانی

اخترفیزیک پرتوهای کیهانی

دینامیک سیالات محاسباتی در اخترفیزیک

کیهان شناسی و اخترفیزیک ذرات

نظریه ریسمان و کیهان شناسی

کیهان شناسی و اخترفیزیک غیر کهکشانی

آزمایش‌های آزمایشگاهی با استفاده از لیزرهای با شدت بالا می‌توانند مشاهدات اخترفیزیکی را کالیبره کنند، دینامیک اساسی پدیده‌های اخترفیزیکی را بررسی کنند و فیزیک بنیادی را در محدودیت‌های شدید بررسی کنند.

جنبه های کیهان شناسی لیزری

1. کالیبراسیون مشاهدات کیهانی

بیشتر مشاهدات اخترفیزیکی بر فوتون های القا شده از طیف های اتمی یا مولکولی، تابش سنکروترون، پراکندگی کامپتون، فلورسانس، ایجاد جفت الکترون-پوزیترون، نوسانات پلاسما و غیره متکی هستند.

کالیبراسیون دقیق کسانی که در آزمایشگاه هستند در تأیید مشاهدات اخترفیزیکی مفید است. تکنیک‌های مشاهده‌ای جدید نیز می‌توانند در محیط آزمایشگاهی واجد شرایط باشند.

2. اعتبارسنجی دینامیک اخترفیزیکی

ارزش این خط از تلاش ها در آشکار شدن زیربنای پویا در کیهان نهفته است. بازآفرینی بیشتر شرایط اخترفیزیکی در محیط آزمایشگاهی دشوار است. خوشبختانه بسیاری از فرآیندهای اخترفیزیکی شامل پلاسما یا مغناطیسی هیدرودینامیک (MHD) هستند. که به طور کلی مقیاس پذیر هستند. نمونه های خوب جت های هیدرودینامیکی، تلاطم ها، شوک ها، ناپایداری ها و غیره هستند.

از طریق آزمایش‌های کنترل‌شده در آزمایشگاه‌ها و تعامل با شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای، دینامیک پلاسما یا MHD را می‌توان به مقیاس‌های اخترفیزیکی و خارج از محدوده تنظیمات آزمایشگاهی گسترش داد.

3. بررسی فیزیک کیهانی بنیادی

به مشکلات فیزیکی می پردازد که پایه های آن هنوز ایجاد نشده است. مهمتر از آن، تعدادی از این مسائل، اگرچه برای کیهان شناسی بسیار اساسی و ضروری است، اما مشاهده در کیهان غیرممکن است.

اخترفیزیک: شاخه‌ای از علوم فضایی است که قوانین فیزیک و شیمی را برای توضیح تولد، زندگی و مرگ ستارگان، سیارات، کهکشان‌ها، سحابی‌ها و سایر اجرام در جهان به کار می‌برد. دارای دو علم نجوم و کیهان شناسی است و به همین دلیل خطوط بین آنها محو می شود.

اپتیک کوانتومی و اطلاعات کوانتومی

اپتیک کوانتومی و اطلاعات کوانتومی

زیربنای ریاضی نظریه اطلاعات کوانتومی

چارچوب‌های مرجع کوانتومی و نظریه عدم تقارن منابع

اطلاعات و اندازه گیری کوانتومی

اپتیک کوانتومی: این رشته تحقیقاتی است که به کاربرد مکانیک کوانتومی در پدیده های مربوط به نور و برهمکنش های آن با ماده می پردازد. یکی از اهداف اصلی درک ماهیت کوانتومی اطلاعات و یادگیری نحوه فرمول بندی، دستکاری و پردازش آن با استفاده از سیستم های فیزیکی است که بر اساس اصول مکانیک کوانتومی عمل می کنند.

ارتباطات کوانتومی: ارتباطات کوانتومی رشته‌ای از فیزیک کوانتومی کاربردی است که از نزدیک با علم اطلاعات کوانتومی و تله‌پورت کوانتومی مرتبط است. جالب ترین کاربرد آن محافظت از کانال های اطلاعاتی در برابر استراق سمع با استفاده از رمزنگاری کوانتومی است. متمایزترین و توسعه یافته ترین کاربرد رمزنگاری کوانتومی، توزیع کلید کوانتومی (QKD) است. QKD استفاده از اثرات مکانیکی کوانتومی را برای انجام مسئولیت‌های رمزنگاری یا قطع کردن سیستم‌های رمزنگاری توصیف می‌کند.

روش های رمزگذاری و رمزگشایی فوتون ها:

قطبش: اطلاعات دوتایی "1" یا "0" با قطبش تنها فوتون ها تعریف می شود، به عنوان مثال، "0" باینری با فوتون قطبی افقی و دوتایی "1" با فوتون قطبی عمودی همبستگی دارد.

فاز: که شامل استفاده از یک سیستم تداخل سنج است: اختلاف فاز Δφ = φAlice - φBob دو تداخل سنج سپس برای رمزگذاری مقادیر باینری استفاده می شود، به عنوان مثال، اختلاف فاز Δφ=0 با دودویی "0" و اختلاف فاز Δφ=π با باینری "1" همبستگی دارد

فوتون های درهم تنیده: که یک فرستنده از جفت فوتون های درهم تنیده و دو گیرنده (آلیس و باب) هر کدام مجهز به یک قطبش را می خواهد. آلیس و باب به طور تصادفی دو زاویه را در چرخاننده قطبش مربوطه خود تنظیم می کنند. اگر زوایای آلیس و باب مطابقت داشته باشند، هر دو فوتون دقیقاً در تقسیم‌کننده پرتو یکسان رفتار می‌کنند، یعنی یا منتقل می‌شوند (دودویی «1») یا منعکس می‌شوند (دودویی «0»).

اپتوالکترونیک یکپارچه

اپتوالکترونیک یکپارچه

الکترونیک فوق سریع، فوتونیک و اپتوالکترونیک

نوری الکترونیک مطالعه و کاربرد دستگاه‌ها و سیستم‌های الکترونیکی است که نور را منبع، تشخیص و کنترل می‌کنند که معمولاً زیر شاخه‌ای از فوتونیک در نظر گرفته می‌شود. انواع مختلفی از دستگاه های اپتوالکترونیک وجود دارد.

اپتوالکترونیک ها به انواع مختلفی از جمله

• فتودیود

• سلول های خورشیدی

• دیودهای ساطع نور

• فیبر نوری

• دیودهای لیزری

• دیود عکس

کاربردهای دستگاه های الکترونیک نوری:

1. LED ها می توانند به نسل بعدی روشنایی تبدیل شوند و در هر جایی مانند چراغ های نشانگر، اجزای کامپیوتر، دستگاه های پزشکی، ساعت ها، تابلوهای ابزار، سوئیچ ها، ارتباطات فیبر نوری، لوازم الکترونیکی مصرفی، لوازم خانگی، علائم راهنمایی و رانندگی، چراغ های ترمز خودرو استفاده شوند.

2. سلول های خورشیدی در برق رسانی روستایی، سیستم های مخابراتی، کمک های ناوبری اقیانوسی، و تولید برق در فضا و سیستم های نظارت و کنترل از راه دور و همچنین در پروژه های مختلف مبتنی بر انرژی خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرند.

3. فتودیودها در انواع مدارها و کاربردهای مختلف مانند دوربین ها، ابزار پزشکی، تجهیزات ایمنی، صنایع، دستگاه های ارتباطی و تجهیزات صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.

4. فیبرهای نوری در ارتباطات راه دور، حسگرها، لیزرهای فیبر، زیست پزشکی و در بسیاری از صنایع دیگر استفاده می شود.

5. دیودهای لیزر در ارتباطات فیبر نوری، حافظه های نوری، برنامه های کاربردی نظامی، پخش کننده های سی دی، روش های جراحی، شبکه های محلی، ارتباطات از راه دور، حافظه های نوری، ارتباطات فیبر نوری و در پروژه های الکتریکی مانند خودروی رباتیک کنترل شده با RF استفاده می شود. با چیدمان تیر