لیزرهای پرقدرت

لیزرهای پرقدرت: فیبر، حالت جامد، گاز و هیبرید

پیشرفت‌ها در فیبرهای پرقدرت، حالت جامد، لیزرهای گازی و هیبریدی • معماری‌های لیزری پرقدرت از جمله سیستم‌های ترکیبی • مواد نوری جدید برای کاربردها و سیستم‌های با قدرت بالا • اثرات حرارتی و حرارتی نوری در لیزرها • سیستم‌های لیزر چند کاناله با قدرت بالا • فیوژن لیزر و علم تراوات • لیزر CO2/CO • لیزر ید • لیزر شیمیایی • لیزر اگزایمر • لیزر بخار قلیایی

لیزرهای حالت جامد

لیزرهای حالت جامد

فوق سریع • IR متوسط • CW و پالسی • منابع فشرده • کاربردهای نوظهور • لیزرهای موج هدایت شونده • لیزرهای فیبر (به استثنای توان بالا) • لیزرهای قابل تنظیم • تقویت کننده های پارامتریک • لیزرهای مرئی و UV

کاربردهای لیزر در پزشکی و زیست شناسی

معرفی

تنوع فصل‌های ارائه‌شده در این جلد نه تنها کاربردهای فراوان لیزر را نشان می‌دهد، بلکه این واقعیت را نیز نشان می‌دهد که در بسیاری از موارد، اینها استفاده‌های جدیدی از لیزر نیستند، بلکه بهبود تکنیک‌های لیزری هستند که در حال حاضر به طور گسترده در تحقیقات و بالینی پذیرفته شده‌اند. موقعیت ها واکنش‌های بیولوژیکی به برخی از جنبه‌های خاص قرار گرفتن در معرض لیزر همچنان اثرات جدیدی را نشان می‌دهد که پیامدهایی برای موضوع همیشه حاضر ایمنی لیزر دارد. چنین واکنش‌های بیولوژیکی در زمینه‌های تحقیقاتی گنجانده شده‌اند که به ویژگی‌های قرار گرفتن در معرض تابش الکترومغناطیسی فقط با لیزر امکان‌پذیر است، برای مثال، پالس‌های کوتاه لازم برای آزمایش‌های پرش دما که توسط ریس بررسی شده است: لیزرهای تخصصی، مانند اتمسفر تحریک عرضی (TEA) گنجانده شده‌اند. ) یا لیزرهای اگزایمر، طول موج ها و حوزه های پالس جدیدی را به مواردی که از قبل برای کاربردهای بیولوژیکی در دسترس هستند اضافه کنید. شرحی از این نوع لیزرهای جدید توسط Osgood برای نشان دادن احتمالات جدید برای استفاده در آینده و جلوگیری از محدود کردن پوشش ما به برنامه های امروزی به خوبی توسعه یافته ارائه شده است. هیلنکمپ و کافمن یک طیف‌نگار جرمی میکروپروب را برای تجزیه و تحلیل مقادیر دقیقه‌ای از ماده تبخیر شده توسط یک پالس لیزر توصیف می‌کنند. امکانات تحلیلی این ابزار بسیار گسترده است و برخی از نتایج مختلف برای نشان دادن قدرت روش آنها و همچنین نشان دادن انواع مشکلات مناسب برای آن شرح داده شده است. مراحل اولیه فتوسنتز به موضوع تحقیقات فشرده تبدیل شده است.

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.

لیزر پمپ هسته ای

لیزر پمپ شده هسته ای لیزری است که با انرژی قطعات شکافت پمپ می شود. محیط لیزر در یک لوله پوشانده شده با اورانیوم 235 محصور شده و در یک هسته راکتور هسته ای در معرض شار نوترونی بالا قرار می گیرد. قطعات شکافت اورانیوم پلاسمای برانگیخته ای را با جمعیت معکوس سطوح انرژی ایجاد می کند که سپس لیزر می شود. روش های دیگر، به عنوان مثال. لیزر He-Ar، می تواند از واکنش He(n,p)H، تبدیل هلیوم-3 در شار نوترونی، به عنوان منبع انرژی یا استفاده از انرژی ذرات آلفا استفاده کند.

این فناوری ممکن است با حجم های کوچک لیزر به نرخ های تحریک بالایی دست یابد.

چند نمونه از رسانه های لیزری:

دی اکسید کربن

3 هلیوم-آرگون

3 هلیوم-کریپتون

3 هلیوم زنون

کتاب لیزرهای فیبر

لیزرهای فیبر

اصول با مدل سازی MATLAB®

توضیحات کتاب

در طول دو دهه گذشته، استفاده از لیزرهای فیبر در کاربردهای مهندسی به تدریج به عنوان یک رشته مهندسی به خودی خود تثبیت شده است. توسعه لیزرهای فیبر عمدتاً نتیجه مطالعات در حوزه های مختلف مانند فوتونیک، حسگر نوری، فیبر نوری، اپتیک غیرخطی و مخابرات است. اگرچه کتاب های بسیار عالی در مورد هر یک از این موضوعات وجود دارد و چندین کتاب به طور خاص برای پرداختن به لیزرها و لیزرهای فیبری نوشته شده است، هنوز یافتن کتابی که در آن هسته های متنوعی از موضوعات که در مطالعه سیستم های لیزر فیبری نقش اساسی دارند، مشکل است. به روشی ساده و مستقیم

لیزرهای فیبر: مبانی با مدل سازی متلب، مقدمه ای بر مبانی لیزرهای فیبر است. این توضیحات واضحی از مفاهیم فیزیکی حامی حوزه لیزرهای فیبر ارائه می دهد. ویژگی‌های لیزرهای فیبر از طریق شبیه‌سازی‌های به دست آمده از مدل‌های عددی به صورت نظری تحلیل می‌شوند. نویسندگان اصول اساسی مربوط به تولید نور لیزر از طریق موج پیوسته (CW) و پالس را پوشش می دهند. همچنین پیکربندی و خصوصیات تجربی را برای CW و Q-switching نیز پوشش می‌دهد. نویسندگان شبیه‌سازی سیستم‌های لیزر فیبری را توصیف می‌کنند و مدل‌سازی عددی طرح‌های لیزر فیبری مختلف را پیشنهاد می‌کنند. مدل سازی MATLAB® و روش های محاسباتی عددی در سراسر کتاب برای شبیه سازی پیکربندی های مختلف سیستم لیزر فیبر استفاده می شود.

این کتاب هم برای دانشگاهیان و هم برای متخصصان صنعت بسیار مطلوب و مفید خواهد بود تا نمونه‌های فراوانی از رویکردهای لیزر فیبر داشته باشند که به خوبی فکر شده و کاملاً با موضوعات پوشش داده شده در متن یکپارچه شده باشند. این کتاب برای رفع این نیازها نوشته شده است.

فهرست مطالب

1. مبانی لیزرهای فیبر. 2. فیبرهای نوری. 3. یون های خاکی کمیاب و لیزر فیبر. 4. روش های ریاضی برای لیزرهای فیبر. 5. لیزرهای فیبر سیلیسی موج پیوسته. 6. لیزر فیبر سوئیچ کیو. 7. لیزرهای فیبر پهن خط باریک. 8. لیزرهای فیبر پرقدرت.

نسل دوم هارمونیک پرتوهای لیزر در حالت قفل شدن حالت عرضی

خلاصه

تبدیل فرکانس غیرخطی تیرهای ساختاریافته اخیراً مورد توجه قرار گرفته است. ما یک نسل دوم هارمونیک درون حفره ای (SHG) از پرتوهای لیزر را در حالت های قفل حالت عرضی (TML) با ساندویچ طراحی شده ویژه مانند لیزر ریزتراشه ارائه می کنیم. فرآیند تبدیل فرکانس غیرخطی درون حفره ای یک پرتو لیزر در حالت TML به هارمونیک دوم آن به صورت تئوری و تجربی با در نظر گرفتن پارامترهای فاز و وزن نسبی مختلف بین حالت‌های پایه در پرتو TML بررسی شده است. مقایسه بین الگوهای پرتوهای میدان دور SHG حالت‌های عرضی فرکانس بنیادی در حالت‌های قفل‌شده منسجم و روی هم ناهمگون نشان می‌دهد که SHG پرتوهای TML می‌تواند اطلاعات بیشتری را حمل کند. الگوهای پرتوهای SHG دور به ندرت مشاهده شده به دست می‌آیند و با تحلیل نظری و شبیه‌سازی‌های عددی سازگار هستند. با پرتوهای SHG به‌دست‌آمده، ویژگی‌های پرتوهای فرکانس بنیادی ساخت‌یافته نیز می‌تواند برعکس بررسی یا پیش‌بینی شود. این کار ممکن است کاربردهای مهمی در چاپ سه بعدی نوری، به دام انداختن نوری ذرات، و مناطق ارتباط نوری فضای آزاد داشته باشد.

مزایای ذوب لیزری انتخابی در تحقیقات نانومواد آشکار شد

محققان مقاله‌ای را در Scientific Reports منتشر کرده‌اند که در آن بر ذوب لیزری انتخابی (SLM) که به طور موثر برای بهبود عملکرد و ویژگی‌های کریستالوگرافی دی سولفید مولیبدن (MoS2) استفاده می‌شود، تمرکز کرده‌اند.

ذوب لیزری انتخابی چیست؟

SLM یک فرآیند چاپ سه بعدی است که از یک پرتو لیزر با چگالی بالا برای حل کردن کامل و چسباندن دانه‌های فلزی برای تولید اقلام نزدیک به شبکه با حداکثر تراکم (تا 99.9 درصد چگالی نسبی) استفاده می‌کند. اکثر تجهیزات تجاری SLM از گرانول هایی با اندازه های متفاوت از 20 تا 50 میکرومتر و ضخامت فیلم استاندارد 20 تا 100 میکرومتر استفاده می کنند.

SLM در صنایع هوانوردی، خودرو، پتروشیمی، نیروی دریایی، معماری، غذا و جواهرات استفاده می شود. Micro SLM اخیراً در ساخت قطعات و ریزساختارهای دقیق در صنایع مختلف، سیستم‌های میکروسیال، MEMS، ارتودنسی و غیره محبوبیت پیدا کرده است.

مزایای SLM

فناوری SLM به پیچیدگی و سفارشی سازی بدون محدودیت تجهیزات زیست پزشکی اجازه می دهد. علاوه بر این، ساخت دستگاه‌های بیولوژیکی SLM نیازی به ابزار پرهزینه اضافی یا روش‌های نصب طولانی ندارد.

ترجیح SLM بر سایر فناوری ها

SLM، در مقایسه با سایر فناوری‌های چاپ سه‌بعدی، مبتنی بر فناوری لیزر پرانرژی Nd: YAG قابل انطباق است که امکان تولید اجسام با کیفیت کششی و وضوح بالاتر را فراهم می‌کند. از آنجایی که رویکرد SLM بر بسیاری از معایب فن‌آوری‌های سنتی و سایر فناوری‌های تولید افزودنی غلبه می‌کند، می‌توان از آن برای نمونه‌سازی سریع باتری‌های قابل شارژ بالقوه استفاده کرد.

مقدمه ای بر دی سولفید مولیبدن

دی سولفید مولیبدن (MoS2) متعلق به کلاس دی‌کالکوژنیدهای فلزات واسطه (TMDs) از مواد کارآمد پیشرفته پیچیده، با فاصله باند مستقیم 1.8 eV و دمای ذوب غیر اکسید کننده 1185 درجه سانتی‌گراد است.

نانومواد MoS2 به دلیل برهمکنش‌های کووالانسی قوی S–Mo–S بر ساختارهای چند لایه الکترواکتیو تسلط دارند. دی سولفید مولیبدن به عنوان یک عامل روان کننده خشک در کاربردهای مختلفی از جمله روغن های روان کننده، کلوئیدها، مواد اصطکاکی و فیلم های پیوندی استفاده می شود. کمپلکس ها را می توان به صورت سوسپانسیون استفاده کرد، اگرچه اغلب آنها در گریس ها محلول هستند.

فیزیکدانان گام بزرگی در طراحی نانولیزر برمی دارند

نانولیزرها اخیراً به‌عنوان دسته جدیدی از منابع نوری ظاهر شده‌اند که اندازه آن تنها چند میلیونیم متر است و خواص منحصربه‌فردی به‌طور قابل‌توجهی با لیزرهای ماکروسکوپی متفاوت است. با این حال، تعیین اینکه تابش خروجی نانولیزر در چه جریانی منسجم می‌شود تقریباً غیرممکن است، در حالی که برای کاربردهای عملی، تمایز بین دو رژیم نانولیزر مهم است: عمل لیزر واقعی با خروجی منسجم در جریان‌های بالا و رژیم LED مانند با خروجی نامنسجم در جریان های کم. محققان موسسه فیزیک و فناوری مسکو روشی را توسعه دادند که به شما امکان می دهد در چه شرایطی نانولیزرها به عنوان لیزر واقعی واجد شرایط هستند. این تحقیق در Optics Express منتشر شد.

لیزر به طور گسترده در لوازم خانگی، پزشکی، صنعت، مخابرات و غیره استفاده می شود. چندین سال پیش، لیزرهایی از نوع جدیدی به نام نانولیزر ساخته شد. طراحی آنها شبیه به لیزرهای نیمه هادی معمولی مبتنی بر ساختارهای ناهمسان است که برای چندین دهه شناخته شده است. تفاوت این است که حفره های نانولیزرها به ترتیب طول موج نور ساطع شده از این منابع نوری بسیار کوچک هستند. از آنجایی که آنها بیشتر نور مرئی و مادون قرمز تولید می کنند، اندازه آنها در حدود یک میلیونیم متر است.

در آینده نزدیک، نانولیزرها در مدارهای نوری یکپارچه گنجانده می‌شوند، جایی که برای نسل جدید اتصالات پرسرعت مبتنی بر موجبرهای فوتونیک مورد نیاز هستند، که عملکرد CPU و GPU را تا چندین مرتبه افزایش می‌دهد. به روشی مشابه، ظهور اینترنت فیبر نوری سرعت اتصال را افزایش داده و در عین حال بهره وری انرژی را نیز افزایش داده است.

و این تنها کاربرد ممکن نانولیزرها نیست. محققان در حال حاضر در حال توسعه حسگرهای شیمیایی و بیولوژیکی به اندازه یک میلیونم متر و سنسورهای استرس مکانیکی به اندازه چند میلیاردم متر هستند. همچنین انتظار می رود از نانولیزرها برای کنترل فعالیت نورون ها در موجودات زنده از جمله انسان استفاده شود.

برای اینکه یک منبع تشعشع به عنوان لیزر واجد شرایط باشد، باید تعدادی از الزامات را برآورده کند، یکی از اصلی‌ترین آنها این است که باید تشعشع منسجمی منتشر کند. یکی از خصوصیات متمایز لیزر که ارتباط تنگاتنگی با انسجام دارد، وجود آستانه لیزری است. در جریان‌های پمپ زیر این مقدار آستانه، تابش خروجی عمدتاً خود به خود است و از نظر خواص با خروجی دیودهای ساطع نور معمولی (LED) تفاوتی ندارد. اما به محض رسیدن به جریان آستانه، تابش منسجم می شود. در این مرحله طیف انتشار یک لیزر ماکروسکوپی معمولی باریک می شود و توان خروجی آن افزایش می یابد. ویژگی دوم یک راه آسان برای تعیین آستانه لیزر فراهم می کند - یعنی با بررسی اینکه چگونه توان خروجی با جریان پمپ تغییر می کند.

خواص معمولی لیزرهای آبشاری کوانتومی

خواص معمولی لیزرهای آبشاری کوانتومی

خواص معمولی لیزرهای آبشاری کوانتومی

طول موج های خروجی

بیشتر لیزرهای آبشاری کوانتومی نور مادون قرمز میانی ساطع می کنند (که به معنای طول موج بین 3 میکرومتر و 50 میکرومتر مطابق با ISO 20473:2007 است) - بنابراین آنها نوعی منابع لیزر مادون قرمز میانی هستند. با این حال، لیزرهای آبشاری کوانتومی نیز می توانند برای تولید امواج تراهرتز (→ منابع تراهرتز) ساخته شوند. چنین دستگاه هایی به ویژه منابع فشرده و ساده (پمپ شده الکتریکی) تابش تراهرتز را تشکیل می دهند. حتی تولید تراهرتز در دمای اتاق را می توان از طریق تولید فرکانس اختلاف داخلی به دست آورد [12].

توان خروجی و کارایی

در حالی که دستگاه‌های با دمای اتاق عمل پیوسته [4] معمولاً به سطوح توان خروجی متوسط ​​در ناحیه میلی‌وات محدود می‌شوند (اگرچه بیش از یک وات ممکن است)، چندین وات به راحتی با خنک‌سازی نیتروژن مایع امکان‌پذیر است. حتی در دمای اتاق، در هنگام استفاده از پالس های پمپ کوتاه، توان اوج در سطح وات امکان پذیر است.

بازده تبدیل توان لیزرهای آبشاری کوانتومی معمولاً در حد چند ده درصد است. با این حال، اخیراً دستگاه‌هایی با بازدهی حدود 50 درصد نشان داده شده‌اند [10، 11]، اگرچه فقط برای شرایط عملیات برودتی.

ویژگی های دینامیک

برای مثال، طول عمر حامل در لیزرهای آبشاری کوانتومی بسیار کمتر از دیودهای لیزر معمولی است. توسط پدیده های پراکندگی فونون محدود می شود. این همچنین پیامدهایی برای خواص دینامیکی دارد: میرایی بسیار قوی نوسانات آرامش (دینامیک گذرا بیش از حد میرا) وجود دارد. به همین دلیل، لیزرهای آبشاری کوانتومی را می توان با پهنای باند ذاتی بسیار بالا و محدود از چند ده گیگاهرتز مدوله کرد.

عرض خط

پهنای خط انتشار معمولاً نسبتاً کوچک است - که اغلب برای کاربردهای طیف‌سنجی بسیار مفید است. یک عامل کمک کننده برای آن، ضریب افزایش پهنای خط کوچک است.