تدریس فیزیک لیزر با شکوفه ساتری

لیزر موجبر

اساساً همه دیودهای لیزر، لیزرهای موجبر هستند، با هدایت نوری حداقل در یک جهت. برخی از دیودهای لیزر کم مصرف حتی از هدایت تک حالته استفاده می کنند. بزرگترها (مانند دیودهای لیزری با مساحت وسیع و میله های دیود) حداقل در یک جهت رفتار چند حالته از خود نشان می دهند.

لیزرهای موجبر

لیزر موجبر لیزری است که حاوی یک موجبر به عنوان واسطه بهره است.

انواع لیزرهای موجبر

انواع مختلفی از لیزرهای موجبر وجود دارد:

لیزرهای موجبر حالت جامد معمولا بر اساس برخی از موجبرهای مسطح یا کانالی در برخی قطعات کریستالی یا شیشه ای ساخته می شوند.

لیزرهای فیبر نیز لیزرهای موجبر هستند.

اساساً همه دیودهای لیزر، لیزرهای موجبر هستند، با هدایت نوری حداقل در یک جهت. برخی از دیودهای لیزر کم مصرف حتی از هدایت تک حالته استفاده می کنند. بزرگترها (مانند دیودهای لیزری با مساحت وسیع و میله‌های دیود) حداقل در یک جهت رفتار چند حالته از خود نشان می‌دهند.

در برخی از لیزرهای CO2 از ساختارهای موجبر نیز استفاده می شود. مزایا این است که ابعاد عرضی لوله گاز را می توان کاهش داد تا خنک کننده موثر گاز لیزر به دست آید و کیفیت پرتو به دست آمده می تواند بسیار بالا باشد.

ویژگی های بارز لیزرهای موجبر

مهمترین مزیت استفاده از موجبر این است که به طور موثر واگرایی پرتو حذف می شود، به طوری که می توان شدت نوری بالا را در طول طولانی حفظ کرد. این به نوبه خود امکان دستیابی به بهره نوری بالا و راندمان بهره بالا را حتی برای انتقال های لیزری دشوار و با قدرت پمپ محدود می کند. با این حال، این مزیت ممکن است تا حدی با تلفات انتشار در موجبر جبران شود، که ممکن است به طور قابل توجهی بیشتر از مواد حجیم باشد.

ترکیب طول انتشار طولانی و ناحیه حالت کوچک می تواند تأثیر شدیدی از غیرخطی بودن مواد ایجاد کند. این می تواند عملکرد دستگاه های خاصی را محدود کند، در حالی که در موارد دیگر از اثرات غیرخطی به نوعی استفاده می شود. برای مثال، لیزرهای فیبر رامان از پراکندگی رامان تحریک‌شده قوی بهره‌برداری می‌کنند.

اثرات حرارتی مانند عدسی حرارتی در رسانه افزایش تا حد زیادی توسط هدایت موج سرکوب می شود، به ویژه در مورد هدایت تک حالته. از آنجایی که اثرات حرارتی روی ضریب شکست معمولاً ضعیف‌تر از کنتراست ضریب هدایت است، آنها فقط به تغییر شکل جزئی حالت هدایت منجر می‌شوند که هیچ پیامد قابل‌توجهی ندارد.

لیزرهای موجبر را می توان با سایر عناصر نوری در همان دستگاه ادغام کرد، به عنوان مثال. با مدولاتورهای نوری برای سوئیچینگ Q، قفل کردن حالت فعال یا تنظیم طول موج. این مورد به ویژه هنگامی که محیط بهره یک ماده کریستالی غیرخطی مانند لیتیوم نیوبات (LiNbO3) یا یک نیمه هادی است، صادق است. یک لیزر موجبر حتی ممکن است بخشی از یک مدار مجتمع فوتونیک پیچیده باشد.

یکی از جذابیت‌های برخی از لیزرهای موجبر مسطح این است که نور پمپ از یک دیود لیزری را می‌توان بدون هیچ گونه نوری بین موجبر متصل کرد.

لیزرهای موجبر معمولاً دارای یک تشدید کننده لیزری یکپارچه هستند که در نتیجه مزایای مختلفی مانند تنظیم پایدار و فشرده دارند.

میدان های نوری فوق العاده شدید و فرآیندهای فوق سریع

میدان های نوری فوق العاده شدید و فرآیندهای فوق سریع

تولید پالس های پرقدرت و فوق کوتاه • مشکلات «اشتعال سریع» برای ICF • منابع لیزر پلاسما اشعه ایکس • تولید و شتاب سریع ذرات توسط پالس های لیزر • فناوری و کاربردهای لیزر فمتوثانیه • فیزیک پدیده های فوق سریع • دستگاه های فوق سریع و اندازه گیری ها

گروه آموزشی مهندس شکوفه ساتری

اپتیک تطبیقی

4.1 سیستم های تصویربرداری

4.1.1 سیستم های تصویربرداری نجومی

                        4.1.1.1 اپتیک تطبیقی ​​منفرد مزدوج

4.1.1.2 اپتیک تطبیقی ​​چند کونژوگه

4.1.1.3 گسترش میدان دید با اصلاح اتمسفر لایه گرا گسسته

4.1.1.4 گسترش میدان دید با توزیع پیوسته (توموگرافی) تصحیح اتمسفر

4.1.1.5 اپتیک تطبیقی ​​شدید برای تصویربرداری سیاره فراخورشیدی

4.1.1.6 تاج نگاری ها

4.1.1.7 اپتیک تطبیقی ​​خورشیدی

4.1.1.8 مقایسه سیستم های تصویربرداری نجومی

4.1.2 تصویربرداری زیست پزشکی و شبکیه

4.1.2.1 اپتیک تطبیقی ​​معمولی

4.1.2.2 توموگرافی انسجام نوری

4.1.2.2.1 OCT دامنه زمانی

4.1.2.2.2 دامنه فرکانس OCT

4.1.2.3 لیزر اسکن چشم پزشکی

4.1.2.4 SLO همراه با OCT

4.1.3 میکروسکوپ

4.1.4 مترولوژی

4.1.5 خودمختاری و هوش مصنوعی

4.2 سیستم های انتشار پرتو

4.2.1 سیستم های حلقه هدف

4.2.2 سیستم های پاکسازی پرتو حلقه محلی

4.2.3 سیستم های حالت مشترک مسیر مشترک

4.2.4 ترکیب پرتو

4.2.5 مفاهیم جایگزین

4.2.6 مزایا و معایب رویکردهای مختلف

4.2.7 سیستم های ارتباطات لیزری فضای آزاد

4.2.7.1 محو شدن و از دست دادن انتقال

4.2.7.2 نرخ خطای بیت

4.2.7.3 شبکه کوانتومی

4.2.7.4 شکل دهی پرتو برای گرداب های نوری یا تکانه زاویه ای مداری

4.2.7.5 انتقال زمان/فرکانس نوری

4.2.8 سیستم های تصویربرداری مسیر افقی

4.3 تولید

4.4 اپتیک تطبیقی ​​غیر متعارف

4.4.1 اپتیک غیرخطی

4.4.2 پراکندگی فوتون الاستیک، DFWM

4.4.3 پراکندگی فوتون غیر کشسان (پراکندگی رامان و بریلوین)

4.5 مهندسی سیستم

4.5.1 الزامات عملکرد سیستم:

4.5.2 خواص پرتو جبرانی:

اصول اپتیک تطبیقی

توضیحات کتاب

اصول اپتیک تطبیقی مبانی، اصول و کاربردهای اپتیک تطبیقی (AO) و فناوری‌های توانمندکننده آن را تشریح می‌کند. این کتاب درسی برجسته به مبانی AO در هسته نجوم، لیزرهای پرانرژی، تصویربرداری زیست پزشکی و ارتباطات نوری می پردازد.

ویژگی های کلیدی:

مثال های متعددی برای توضیح و حمایت از اصول اساسی

صدها مرجع جدید برای پشتیبانی از موضوعاتی که به آنها پرداخته می شود

سوالات و تمرینات پایان فصل

یک مثال طراحی سیستم کامل که در هر فصل به عنوان مطالب جدید معرفی می شود

لیزرهای مولکولی لیزرهای گازی هستند

لیزرهای مولکولی لیزرهای گازی هستند که در آن اجزای فعال لیزر به جای اتم ها یا یون های جدا، مولکول هستند. نمونه هایی برای چنین مولکول هایی عبارتند از CO2 (دی اکسید کربن)، CO (مونوکسید کربن)، N2 (نیتروژن)، HF (هیدروژن فلوراید)، DF (دوتریوم فلوراید)، NH3 (آمونیاک) و CH3OH (متانول). یکی از حالت‌های برانگیخته چنین مولکول‌هایی بهره‌برداری می‌کند که می‌توانند نه تنها یک تحریک کاملاً الکترونیکی (مانند اتم‌ها یا یون‌ها) بلکه ارتعاشات و چرخش مولکول‌ها را نیز شامل شود. انرژی‌های برانگیختگی در بیشتر موارد نسبتاً کوچک هستند که منجر به انتشار لیزر با طول موج‌های بلند در ناحیه طیفی مادون قرمز میانی یا دور می‌شود.

ممکن است تعداد قابل توجهی از خطوط چرخشی-ارتعاشی وجود داشته باشد که چنین لیزری را می توان روی آنها کار کرد (← لیزرهای ویبرونیک)، اما انتشار تک خطی و حتی عملکرد تک فرکانس با فیلتر باند گذر درون حفره دشوار نیست، زیرا داپلر گسترش انتقال لیزری بسیار ضعیف است. با این حال، اگر فشار نسبتاً زیاد باشد، خطوط مختلف ممکن است به دلیل گشاد شدن فشار با هم همپوشانی داشته باشند و در نتیجه پهنای باند بهره بیشتر شود.

کاربردهای لیزر اگزایمر

کاربردهای لیزر اگزایمر

طول موج های کوتاه در ناحیه طیفی فرابنفش تعدادی از کاربردها را ممکن می سازد:

تولید الگوهای بسیار ظریف با روش‌های فوتولیتوگرافی (میکرولیتوگرافی)، به عنوان مثال در تولید تراشه‌های نیمه‌رسانا

پردازش مواد لیزری با ابلیشن یا برش لیزری (مثلاً روی پلیمرها)، با بهره‌گیری از طول جذب بسیار کوتاه در حد چند میکرومتر در بسیاری از مواد، به طوری که یک جریان پالس متوسط ​​چند ژول در سانتی‌متر مربع برای فرسایش کافی است.

رسوب لیزر پالسی

علامت گذاری لیزری و ریزساختار شیشه ها و پلاستیک ها

آنیل لیزری، به عنوان مثال در ساخت نمایشگر

ساخت توری های الیافی براگ

چشم پزشکی (جراحی چشم)، به ویژه برای اصلاح بینایی با تغییر شکل قرنیه با لیزرهای ArF در 193 نانومتر. روش‌های رایج کراتومیلوسیس درجا با لیزر (LASIK) و کراتکتومی فوتورفراکتیو (PRK) است.

درمان پسوریازیس با لیزر XeCl در 308 نانومتر

پمپاژ لیزرهای دیگر، به عنوان مثال. لیزرهای رنگی خاص

محرک های همجوشی هسته ای

فوتولیتوگرافی در ساخت دستگاه های نیمه هادی یک کاربرد بسیار مهم است. در اینجا، فوتوریست ها بر روی ویفرهای نیمه هادی فرآوری شده با نور فرابنفش پرقدرت از طریق ماسک های نوری ساختاریافته تابش می شوند. نور فرابنفش پرقدرت، همانطور که می‌توان با لیزرهای اکسایمر تولید کرد، برای بدست آوردن زمان‌های پردازش کوتاه و درنتیجه توان عملیاتی بالا ضروری است، در حالی که طول موج‌های کوتاه به فرد اجازه می‌دهد ساختارهای بسیار ظریفی بسازد (با تکنیک‌های بهینه‌شده حتی بسیار کمتر از طول موج نوری). با این حال، آخرین پیشرفت‌ها در لیتوگرافی به طول موج‌های کوتاه‌تر در اشعه ماوراء بنفش شدید (EUV) نیاز دارد، به عنوان مثال. در 13.5 نانومتر که دیگر نمی توان با لیزر اگزایمر تولید کرد. برخی منابع پلاسمایی تولید شده توسط لیزر به عنوان جانشین لیزرهای اگزایمر در آن ناحیه توسعه یافته اند. با این حال، می‌توان انتظار داشت که لیزرهای اگزایمر برای ساخت بسیاری از تراشه‌های نیمه‌رسانا برای مدت طولانی مورد استفاده قرار گیرند، زیرا تنها پیشرفته‌ترین تراشه‌های کامپیوتری به ساختارهای ظریف‌تری نسبت به چنین تکنیک‌هایی نیاز دارند.

نور لیزر (تابش لیزر)

نور لیزر (تابش لیزر) به سادگی نوری است که با دستگاه لیزر تولید می شود. چنین نوری دارای خواص بسیار ویژه ای است که آن را از نور با منشاهای دیگر بسیار متمایز می کند:

نور لیزر معمولاً به شکل پرتو لیزر ارسال می شود، یعنی به طور غالب در یک جهت کاملاً مشخص با واگرایی پرتو متوسط ​​منتشر می شود. چنین پرتو لیزری دارای درجه انسجام فضایی بالا (گاهی بسیار زیاد) است. این بدان معناست که میدان‌های الکتریکی در مکان‌های مختلف در طول پروفیل پرتو با یک رابطه فاز صلب در نوسان هستند. دقیقاً همین انسجام دلیلی است که یک پرتو لیزر می تواند در فواصل طولانی بدون پخش شدن زیاد در جهات عرضی منتشر شود و چرا می توان آن را به نقاط بسیار کوچک متمرکز کرد (قابلیت تمرکز زیاد پرتوهای لیزر).

در بسیاری از موارد، اما نه همه موارد، نور لیزر دارای درجه بالایی از انسجام زمانی است که معادل طول پیوستگی طولانی است. این بدان معناست که یک رابطه فاز صلب نیز در فواصل زمانی نسبتاً طولانی، مربوط به فواصل انتشار زیاد (اغلب چندین کیلومتر) یا تعداد زیادی از چرخه‌های نوسان، حفظ می‌شود.

انسجام زمانی بزرگ، که با زمان انسجام یا طول انسجام زیاد تعیین می‌شود، با پهنای باند طیفی (یا پهنای خط) باریکی مرتبط است. (ما در اینجا مورد پیچیده قطارهای پالس های فوق کوتاه را که می توانند پهنای باند اپتیکی زیادی داشته باشند اما با این وجود درجه انسجام بالایی داشته باشند، حذف می کنیم. برای جزئیات بیشتر به مقاله انسجام مراجعه کنید). رنگ خالص، به عنوان مثال قرمز، سبز یا آبی، اما نه سفید یا سرخابی. برخی از لیزرها درجه ای از تنظیم طول موج را امکان پذیر می کنند (مثلاً لیزرهای رنگی). طول پیوستگی بزرگ تمایلی به پدیده لکه لیزری ایجاد می کند، یعنی یک الگوی دانه ای مشخص که می توان به عنوان مثال مشاهده کرد. هنگامی که پرتو لیزر به سطح فلزی برخورد می کند.

در بیشتر موارد، نور لیزر به صورت خطی پلاریزه می شود. این بدان معنی است که میدان الکتریکی در یک جهت فضایی خاص (→ قطبش نور) نوسان می کند.

بسته به مورد، نور لیزر می تواند ویژگی های قابل توجه دیگری نیز داشته باشد:

نور لیزر ممکن است قابل مشاهده باشد، اما بیشتر لیزرها در واقع در مناطق طیفی دیگر، به ویژه در ناحیه مادون قرمز نزدیک، که چشم انسان قادر به درک آن نیست، ساطع می کنند.

نور لیزر همیشه پیوسته نیست، اما ممکن است به صورت پالس های کوتاه یا فوق کوتاه ارسال شود. در نتیجه، اگر مدت زمان پالس بسیار کمتر از فاصله زمانی پالس‌ها باشد، برای برخی از سیستم‌های لیزر تقویت‌شده بسیار بالاتر از 1 TW (1012 W) می‌تواند بسیار زیاد باشد، به طوری که انرژی پالسی زیادی ممکن است.

خواص نویز لیزرها نیز می تواند بسیار جالب باشد (← نویز لیزر). به عنوان مثال، فرکانس نوسان یک لیزر را می توان تثبیت کرد تا در محدوده بسیار باریکی باقی بماند.

برای مقایسه، نور یک لامپ رشته ای تا حدی قابل مشاهده و بیشتر مادون قرمز است، دارای پهنای باند طیفی بسیار بالایی است، نمی توان آن را به شدت متمرکز کرد (به دلیل انسجام فضایی کم)، و نمی تواند به صورت پالس های کوتاه تولید شود.

نور لیزر به غیر از خطرات آتش سوزی و غیره می تواند خطرات قابل توجهی به خصوص برای چشم و همچنین برای پوست ایجاد کند. پالس های لیزر اغلب بسیار خطرناک هستند، زیرا می توانند شدت نوری بسیار بالایی داشته باشند و پرتوهای لیزر نامرئی خطرات خاصی را اضافه می کنند. برای جزئیات بیشتر به مقاله ایمنی لیزر مراجعه کنید.