لیزر تراهرتز فشرده برای کاربردهای روزمره

محققان گام بزرگی را در جهت خارج کردن فرکانس‌های تراهرتز از ناحیه‌ی صعب العبور طیف الکترومغناطیسی و به کاربردهای روزمره برداشته‌اند. در مقاله‌ای جدید، محققان اولین لیزر تراهرتزی در نوع خود را نشان دادند که فشرده است، در دمای اتاق کار می‌کند و می‌تواند 120 فرکانس منفرد را در محدوده 0.25 تا 1.3 تراهرتز تولید کند که برد بسیار بیشتری نسبت به منابع تراهرتز قبلی است.

لیزر می تواند در طیف وسیعی از کاربردها مانند تصویربرداری سرطان پوست و سینه، تشخیص دارو، امنیت فرودگاه و لینک های بی سیم نوری با ظرفیت فوق العاده بالا استفاده شود.

این تحقیق که توسط تیمی از دانشکده مهندسی و علوم کاربردی هاروارد John A. Paulson (SEAS) و با همکاری آزمایشگاه تحقیقات ارتش DEVCOM و راه حل‌های نور روز DRS انجام شده است، در APL Photonics منتشر شده است.

فدریکو کاپاسو، پروفسور فیزیک کاربردی رابرت ال والاس و محقق ارشد مهندسی برق وینتون هیز در SEAS و نویسنده ارشد مقاله، گفت: «این یک فناوری جهشی برای تولید تشعشعات تراهرتز است. این لیزر به لطف فشرده بودن، کارایی، محدوده تنظیم گسترده و عملکرد دمای اتاق، این پتانسیل را دارد که به یک فناوری کلیدی برای پر کردن شکاف تراهرتز برای کاربردهای تصویربرداری، امنیت یا ارتباطات تبدیل شود.

محدوده فرکانس تراهرتز - که در وسط طیف الکترومغناطیسی بین امواج مایکروویو و نور مادون قرمز قرار دارد -؛ دسترسی به برنامه‌ها همچنان دشوار است، زیرا اغلب منابع تراهرتز یا بسیار حجیم، ناکارآمد هستند، یا برای تولید این فرکانس‌های گریزان با تنظیم محدود به دستگاه‌های با دمای پایین متکی هستند.

در سال 2019، گروه کاپاسو، با همکاری MIT و ارتش ایالات متحده، نمونه اولیه ای را توسعه دادند که ثابت کرد منابع فرکانس تراهرتز می توانند فشرده، دمای اتاق باشند و با ترکیب یک پمپ لیزری آبشاری کوانتومی با لیزر مولکولی اکسید نیتروژن، به طور گسترده ای تنظیم شوند.

تحقیقات جدید محدوده تنظیم آن نمونه اولیه را بیش از سه برابر می کند. از جمله پیشرفت‌های دیگر، لیزر جدید اکسید نیتروژن را با متیل فلوراید جایگزین می‌کند، مولکولی که به شدت با میدان‌های نوری واکنش نشان می‌دهد.

آرمان امیرژان، دانشجوی کارشناسی ارشد در SEAS و اولین نویسنده این مقاله، گفت: «این ترکیب در جذب مادون قرمز و انتشار تراهرتز واقعا خوب است. با استفاده از متیل فلوراید که غیر سمی است، راندمان و محدوده تنظیم لیزر را افزایش دادیم.

هنری اوریت، فن‌آور ارشد علوم نوری ارتش ایالات متحده، می‌گوید: «متیل فلوراید تقریباً 50 سال است که به‌عنوان لیزر تراهرتز استفاده می‌شود، اما تنها چند فرکانس لیزر تولید می‌کند که توسط لیزر دی‌اکسید کربن حجیم پمپ شود». نویسنده مقاله دو نوآوری که ما گزارش می‌کنیم، یک حفره لیزری فشرده که توسط یک لیزر آبشاری کوانتومی پمپ می‌شود، ترکیب می‌شوند تا به متیل فلوراید توانایی لیزر بر روی صدها خط را بدهد.

این لیزر در حال حاضر این پتانسیل را دارد که یکی از فشرده‌ترین لیزرهای تراهرتزی باشد که تاکنون طراحی شده است و محققان قصد دارند آن را فشرده‌تر کنند.

پل شوالیه، همکار تحقیقاتی در SEAS و محقق ارشد این حوزه می‌گوید: «دستگاه کمتر از یک فوت مکعب ما را قادر می‌سازد تا این محدوده فرکانس را برای کاربردهای بیشتر در ارتباطات کوتاه‌برد، رادار کوتاه‌برد، زیست‌پزشکی و تصویربرداری هدف‌گیری کنیم.» تیم

"ترکیب لیزرهای آبشاری بالغ، فشرده و کوانتومی با رسانه های افزایش لیزر مولکولی منجر به یک پلت فرم لیزر بسیار قوی تراهرتز با طیف وسیعی از کاربردها از تحقیقات بنیادی گرفته تا تشخیص و تصویربرداری مولکولی تراهرتز، ارتباطات و امنیت THz و فراتر از آن شده است." تیموتی دی، معاون ارشد و مدیر کل DRS Daylight Solutions و یکی از نویسندگان مقاله گفت.

گروه آموزشی مهندس شکوفه ساتری

تشخیص و درمان پزشکی

لیزر درمانی

 ترابکولوپلاستی با لیزر آرگون (ALT) حداقل در مراحل اولیه در چشم‌های دارای XFS مؤثر است. IOP پایه معمولاً در XFG بیشتر از چشم هایی است که POAG تحت ALT قرار می گیرد و بنابراین افت اولیه IOP در XFG بیشتر است. ALT اولیه می تواند استفاده از درمان دارویی را تا 8 سال در بخش قابل توجهی از این بیماران به تعویق بیندازد.59 موفقیت تدریجی در طول زمان کاهش می یابد، با نرخ درازمدت به حدود 35-55٪ در 3-6 سال کاهش می یابد. .

تقریباً 20 درصد بیماران در 2 سال اول پس از درمان دچار افزایش ناگهانی و دیررس IOP می شوند. 60 ادامه آزادسازی رنگدانه ممکن است ظرفیت عملکردی بازسازی شده شبکه ترابکولار را تحت تأثیر قرار دهد و درمان میوتیک نگهدارنده برای به حداقل رساندن حرکت مردمک پس از ALT ممکن است با این مشکل مقابله کند. نویسندگان به طور تجربی دریافته اند که 2% پیلوکارپین q.h.s. برای ارائه این حفاظت کافی است. ترابکولوپلاستی با لیزر انتخابی (SLT) باید به عنوان یک جایگزین موثر و ایمن برای ALT در درمان XFG مورد ارزیابی قرار گیرد.

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

لیزرهای فلوراید دوتریوم - خواص و کاربردها

لیزر فلوراید دوتریوم (DF) یک لیزر شیمیایی است که از مخلوطی از فلوئور و گاز دوتریوم در شرایط کنترل شده تشکیل می شود. طول موج نور تولید شده توسط لیزر DF بیشتر از سایر لیزرهای HF معمولی است و از این رو انتقال لیزر موثرتر را تسهیل می کند.

در حین کار، اتیلن در حضور تری فلوراید نیتروژن در محفظه احتراق سوزانده می شود که رادیکال های فلوئور برانگیخته آزاد تولید می کند. سپس مخلوط دوتریوم و گاز هلیوم از طریق یک نازل به جریان اگزوز تزریق می شود. مولکول های دوتریوم با رادیکال های فلوئور واکنش می دهند تا فلوراید دوتریوم برانگیخته تولید کنند. مولکول‌های برانگیخته بیشتر تحت تابش تحریک‌شده در ناحیه لیزر تشدید نوری قرار می‌گیرند.

برنامه های کاربردی

لیزرهای DF از زمان اختراع خود در سال 1970 به طور گسترده در کاربردهای نظامی برای توسعه سیستم‌های تسلیحاتی دفاع موشکی و هوایی با قدرت بالا به دلیل توانایی آنها در دفع سریع گرمای تلف شده توسط جریان همرفتی گازهای خروجی و ذخیره سطوح بالای انرژی مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

پرتابه انرژی پالسی و لیزرهای تاکتیکی با انرژی بالا و لیزر شیمیایی پیشرفته مادون قرمز میانی مورد استفاده در ارتش از نوع فلوراید دوتریوم هستند.

تاریخچه لیزر اشعه ایکس

پس از اینکه تد میمن اولین لیزر را در 1960 نشان داد ، جامعه نوری بلافاصله شروع به جستجوی طول موج های کوتاهتر و کوتاهتر ، از طریق مرئی و ماوراء بنفش کرد. در اوایل دهه 1970 ، لیزرها به فرابنفش خلاء رسیده بودند. با این حال ، فشار به سمت طول موج های کوتاه تر در حدود 110 نانومتر متوقف شد زیرا مشکلات مربوط به فیزیک لیزر طول موج کوتاه ایجاد شد.

لیزرهای فمتوثانیه

لیزر فمتوثانیه ، لیزری است که پالس های نوری با مدت زمان کمتر از 1 ps (pul پالس های فوق کوتاه) منتشر می کند ، یعنی در دامنه ثانیه های femtoseconds (1 fs = 10 =15 ثانیه). بنابراین همچنین در دسته لیزرهای فوق سریع یا لیزرهای پالس فوق کوتاه قرار دارد (که شامل لیزرهای پیکو ثانیه نیز می باشد).

 

لیزرهای تیتانیوم یاقوت کبود

ارزش املاک

فرمول شیمیایی Ti3 +: Al2O3

ساختار کریستالی شش ضلعی

تراکم جرم 3.98 g / cm3

سختی Moh 9

مدول Young 335 GPa 

اپتیک و لیزر

مروری جامع از وضعیت پیشرفته در لیزرهای حالت جامد و دیودهای گازی از جمله لیزرهای قدرت بالا

اصول ، اجزا و برنامه ها را پوشش می دهد

مناطق بالقوه را برای توسعه بیشتر برجسته می کند

لیزرهای چاه کوانتومی

اگر لایه میانی به اندازه کافی نازک ساخته شود ، به عنوان یک چاه کوانتومی عمل می کند. این بدان معنی است که تغییر عمودی عملکرد موج الکترون و در نتیجه یک جز  از انرژی آن ، کوانتیزه می شود. بازده لیزر چاه کوانتومی بیشتر از لیزر انبوه است زیرا تراکم عملکرد ایالات الکترون در سیستم چاه کوانتومی دارای یک لبه ناگهانی است که الکترون ها را در حالت های انرژی متمرکز می کند که در عمل لیزر نقش دارند.