تدریس فیزیک با شکوفه ساتری

نور در ابتدا به عنوان پدیده ای شناخته می شد که می تواند توسط چشمان انسان درک شود - برای مدت طولانی بدون هیچ گونه درکی از منشاء فیزیکی آن. در تاریخ اولیه علم، توصیف نور به عنوان جریانی از ذرات ریز رایج بود که به نظر می رسید با اپتیک هندسی سازگار است. با این حال، شواهد فزاینده‌ای برای ماهیت موجی نور جمع‌آوری شد که منجر به نظریه موج کریستیان هویگنس شد که در سال 1690 منتشر شد، به عنوان پایه‌ای اپتیک موج. آزمایش‌های سیستماتیک بیشتر، به‌ویژه مشاهده به اصطلاح نقطه آراگو توسط دومینیک-فرانسوا-ژان آراگو، در نهایت به پذیرش عمومی اپتیک موج به عنوان توصیف مناسب نور منجر شد. در دهه 1860، امواج نوری توسط جیمز کلرک ماکسول با امواج الکترومغناطیسی شناسایی شد که ماهیت موج را بیشتر تایید کرد. در کمال تعجب جامعه علمی، شواهد جدید قابل توجهی برای ماهیت ذرات در اوایل قرن بیستم توسط آلبرت اینشتین پیدا شد. نظریه کوانتومی سرانجام برای به دست آوردن یک توصیف جامع، که هم ماهیت موجی و هم ذره ای نور را در بر می گرفت، توسعه یافت. بنابراین اکنون نور به عنوان تابش الکترومغناطیسی شناخته می شود - در بیشتر موارد با تئوری کلاسیک توصیف می شود، اما در صورت لزوم به اپتیک کوانتومی (کاربرد نظریه کوانتومی در اپتیک) اشاره می شود.

گروه آموزشی مهندس شکوفه ساتری

کاربردهای لیزرهای آبشاری کوانتومی

کاربردهای لیزرهای آبشاری کوانتومی

شاید مهم ترین کاربرد لیزرهای آبشاری کوانتومی در حوزه طیف سنجی جذب لیزری گازهای کمیاب باشد، به عنوان مثال. برای تشخیص غلظت های بسیار کم آلاینده ها در هوا. علاوه بر محدوده طول موج مناسب، QCLها معمولاً دارای پهنای خط نسبتاً باریک و قابلیت تنظیم طول موج خوب هستند که آنها را برای چنین کاربردهایی بسیار مناسب می کند.

لیزرهای آبشاری کوانتومی تراهرتز نیز برای کاربردهای مختلف تصویربرداری جالب هستند. مقاله تابش تراهرتز را ببینید.

یکی دیگر از زمینه های کاربردی QCL های THz، ارتباطات فضای آزاد است. اگرچه پرتوهای تراهرتز واگرایی پرتوهای بسیار قوی‌تری نسبت به پرتوهای نوری نشان می‌دهند، هنوز هم می‌توان از پرتوهای جهت‌دار برای انتقال در فواصل کوتاه از طریق هوا استفاده کرد.

یک مثال برای یک کاربرد نظامی استفاده از اقدامات متقابل مادون قرمز است، به عنوان مثال، موشک های تحریک کننده گرما یاب که به هواپیماها با ارسال نور مادون قرمز میانی به حسگرهای آنها حمله می کنند.

لیزرهای آبشاری کوانتومی

مخفف: QCL

تعریف: لیزرهای نیمه هادی متکی بر انتقال بین زیر باند، معمولاً در ناحیه طیفی مادون قرمز میانی ساطع می کنند.

اصطلاحات عمومی تر: لیزرهای نیمه هادی، منابع لیزری مادون قرمز میانی، منابع تراهرتز

دسته ها: اپتوالکترونیک، دستگاه های لیزر و فیزیک لیزر

تدریس فیزیک لیزر با شکوفه ساتری

انواع لیزر

فناوری لیزر یک زمینه نسبتاً متنوع است که از طیف گسترده ای از انواع بسیار متفاوت رسانه های بهره لیزری، عناصر نوری و تکنیک ها استفاده می کند. انواع رایج لیزرها عبارتند از:

لیزرهای نیمه هادی (بیشتر دیودهای لیزری)، پمپاژ الکتریکی (یا گاهی اوقات نوری)، که به طور موثر توان خروجی بسیار بالایی (اما معمولاً با کیفیت پرتو ضعیف) یا توان های کم با ویژگی های فضایی خوب (به عنوان مثال برای کاربرد در پخش کننده های CD و DVD) تولید می کنند. پالس ها (به عنوان مثال برای برنامه های مخابراتی) با نرخ تکرار پالس بسیار بالا. انواع ویژه شامل لیزرهای آبشاری کوانتومی (برای نور مادون قرمز میانی) و لیزرهای نیمه هادی ساطع کننده سطح (VCSELs، VECSELs و PCSELs) است. برخی از آن ها نیز برای تولید پالس با توان های بالا مناسب هستند.

لیزرهای حالت جامد مبتنی بر کریستال‌ها یا شیشه‌های دوپ‌شده یونی (لیزرهای عایق دوپ‌شده)، پمپ‌شده با لامپ‌های تخلیه یا دیودهای لیزر، تولید توان‌های خروجی بالا، یا توان‌های پایین‌تر با کیفیت پرتو بسیار بالا، خلوص طیفی و/یا پایداری (مثلاً برای اندازه‌گیری) اهداف)، یا پالس های فوق کوتاه با مدت زمان پیکوثانیه یا فمتوثانیه. رسانه های بهره رایج Nd:YAG، Nd:YVO4، Nd:YLF، Nd:glass، Yb:YAG، Yb:glass، Ti:Sapphire، Cr:YAG و Cr:LiSAF هستند. نوع خاصی از لیزرهای شیشه دوپ شده یونی عبارتند از:

لیزرهای فیبر، بر اساس فیبرهای شیشه ای نوری که با برخی از یون های فعال لیزر در هسته فیبر دوپ شده اند. لیزرهای فیبر می توانند به توان خروجی بسیار بالایی (تا کیلووات) با کیفیت پرتو بالا دست پیدا کنند، امکان عملکرد گسترده با قابلیت تنظیم طول موج، عملیات با عرض خط باریک و غیره را فراهم کنند.

لیزرهای گازی (مثلاً لیزرهای هلیوم-نئون، لیزرهای CO2، لیزرهای یون آرگون و لیزرهای اگزایمر)، بر اساس گازهایی که معمولاً با تخلیه الکتریکی برانگیخته می شوند. گازهای پرمصرف عبارتند از CO2، آرگون، کریپتون و مخلوط های گازی مانند هلیوم-نئون. اگزایمرهای رایج ArF، KrF، XeF و F2 هستند. تا آنجایی که مولکول های گاز در فرآیند لیزر نقش دارند، به این گونه لیزرها، لیزرهای مولکولی نیز می گویند.

لیزرهای پمپ شده شیمیایی و هسته ای، لیزرهای الکترون آزاد و لیزرهای اشعه ایکس چندان رایج نیستند.

عناصر اسکن پرتو نوری و لیزری: مدل سازی دستگاه های اسکن آینه و منشور

شرح

این کتاب تجزیه و تحلیل‌های ریاضی دستگاه‌های اسکن در سیستم‌های نوری و لیزری را ارائه می‌کند تا نتایجی با دقت بالاتری نسبت به نتایجی که با تصویربرداری هندسی از یک شی با آینه یا منشور متحرک به دست می‌آیند، ارائه دهد. موضوعات شامل قوانین بازتاب و شکست و مقدمات ریاضی ردیابی پرتوهای تحلیلی است. دستگاه های اسکن آینه ای با یک محور چرخش (اسکن مقطع مخروطی) و با دو محور چرخش (آینه گالوانومتری و اسکنرهای گالوانومتری در آبشار برای اسکن دو بعدی). و سیستم های هدایت پرتو مبتنی بر منشور رایسلی. خوانندگان باید پایه ای در عملیات برداری و حساب دیفرانسیل و انتگرال داشته باشند و دانش معقولی از اپتیک و لیزر ابتدایی داشته باشند.

گروه آموزشی مهندس شکوفه ساتری

گروه آموزشی مهندس شکوفه ساتری

ترجمه با مهندس شکوفه ساتری

کتاب فیزیک لیزر

شرح

اگرچه اصول اولیه لیزرها در 20 سال گذشته بدون تغییر باقی مانده است، اما تغییری در انواع لیزرهایی که علاقه ایجاد می کنند، رخ داده است. این ویرایش دوم کتاب کلاسیک در این زمینه با ارائه مقدمه ای جامع بر اصول عملکرد و کاربردهای لیزر، آخرین پیشرفت ها و کاربردهای لیزر را نشان می دهد. با تأکید بیشتر بر کاربردهای لیزر و فیزیک نوری، بحث‌های مستقل این کتاب برای فیزیکدانان، شیمی‌دانان، دانشمندان نوری، مهندسان و دانشجویان مقطع کارشناسی ارشد جذاب خواهد بود.

درباره نویسنده

PETER W. MILONNI در حال حاضر عضو آزمایشگاه و دانشیار آزمایشگاه در گروه سیستم های پیچیده بخش نظری، آزمایشگاه ملی لوس آلاموس و استاد پژوهشی فیزیک در دانشگاه روچستر است. دکتر میلونی نویسنده یا همکار چندین کتاب است و مقالات تحقیقاتی و مروری در زمینه فیزیک محض و کاربردی منتشر کرده است. او سال‌ها در تعدادی از هیئت‌های تحریریه خدمت کرده است و در سال 2008 جایزه Max Born انجمن نوری آمریکا را دریافت کرد. علایق تحقیقاتی او در زمینه‌های اپتیک کوانتومی و الکترودینامیک، به ویژه در ارتباط با کوانتوم است. و خواص نوسانی تابش الکترومغناطیسی و برهمکنش آن با ماده.

JOSEPH H. EBERLY در حال حاضر استاد فیزیک اندرو کارنگی و استاد اپتیک در دانشگاه روچستر است. او که رئیس سابق انجمن نوری آمریکا بود، به ادبیات تحقیقاتی در مورد اپتیک کوانتومی نظری و فیزیک لیزر، با علاقه به انتشار چند پالس، فیزیک اتمی با میدان بالا، درهم‌تنیدگی کوانتومی، QED حفره و دینامیک آرامش کمک کرده است. دکتر ابرلی مدال اسمولوچوفسکی انجمن فیزیکی لهستان در سال 1987 و جایزه چارلز هارد تاونز از انجمن نوری آمریکا در سال 1994 دریافت کرد. او نویسنده دو کتاب و ویراستار چندین مجموعه مقالات کنفرانس است. او سردبیر اپتیک اکسپرس است و در تعدادی از هیئت های تحریریه و مشاوره خدمت کرده است.