مشاوره رایگان تحصیلی
منو

موفقیتی برای لیزر از راه دور در هوا

+ 80
رأی شما
- 30

لیزر نیتروژن احتمالاً ساده‌ترین روش لیزر برای استفاده‌ی کاربران عادی است[1]. با استفاده از هوای معمولی و پالس ولتاژ بالای یک سیستم الکترودی می‌توان بدون نیاز به کاواک با تنظیم دقیق، یا هر نوع شیشه و کریستال آلائیده، تابش شبه لیزری ایجاد کرد که «اَبَرفلوئورسانس» نامیده می‌شود. در واقع تابش فلوئورسانس در هوا همدوس نیست و نمی‌توان آن را لیزر دانست اما تابشی مستقیم و تقویت شده است. لذا این اثر «لیزر هوا» air lasing برای حسگری اتمسفر از راه دور و رادار بر مبنای نور (که لیدار LIDAR نامیده می‌شود) مورد استفاده قرار گرفته است. در این کاربردها پالس لیزر –به جای پالس ولتاژ بالا- در اتمسفر بالایی یا در یک هدف دور ابرفلوئورسانس ایجاد می‌کند. با این وجود ثابت شده که لیزر هوا به طریق نوری بسیار دشوارتر از لیز نیتروژن با مبنای الکتریکی است. سال‌ها تحقیق و استفاده از روش‌های پیچیده با دمش لیزری، به قدر کافی برای اهداف عملی لیزر هوا تولید نکرده است. اکنون، الکساندر لارین Alexandre Laurain و همکارانش در کالج علوم اپتیکی در آریزونا، برای دستیابی به لیزر هوا از راه دور، روشی نوین و اساساً موثرتر ابداع کرده‌اند[2]. روش آن‌ها دو مرحله دارد: ابتدا لیزری مادون قرمز مولکول‌های هوا را می‌شکند و سپس یک پالس ماوراءبنفش اتم‌های حاصل شده را به ترازهایی از انرژی می‌برد که تابش فلوئورسانس ساطع کنند. این روش دو-رنگی منجر به خروجی لیزر بیشتری می‌شود و نسبت به روش‌های قبلی که در آن‌ها فقط از پالس UV استفاده می‌شد، می‌تواند با توان ورودی به مراتب کمتری کار کند.

از انگیزه‌های اصلی در ایجاد لیزر هوا از راه دور، بررسی ترکیب شیمیایی اتمسفر در محدوده‌ای از فواصل بزرگ است. به ویژه، آشکارسازی «سرد» گازهای مورد ردیابی برای مسائل امنیتی نظامی و فرودگاه‌ها و همچنین مطالعات محیطی با ارزش خواهد بود[3]. برای تعیین اجزاء هدف از راه دوری به اندازه‌ی چند متر تا چند کیلومتر، در عمل اغلب از روش LIDAR (تشخیص و مسافت یابی نوری) استفاده می شود. در این روش نور به سمت هدف هدایت شده و به آشکارسازی که در نزدیکی منبع اصلی قرار گرفته است باز می‌تابد. در سر راست‌ترین حالت، لیزر، اجزاء هدف را به حالت فلوئورسانس تحریک کرده و تابش فلوئورسانس بازپراکنده شده آشکارسازی می‌شود. اما با افزایش فاصله، تشخیص قابل اطمینان هم سخت‌تر می‌شود زیرا تابش فلوئورسانس تحریک شده با نور، به صورت همسانگرد است. یعنی تعداد فوتون‌هایی که به آشکارساز می‌رسد به صورت یک بر مجذور فاصله کم می‌شود. لذا برای هدف‌های دوری که اجزاء مورد نظر آن تراکم کمی داشته باشند، فلوئورسانس قابل آشکارسازی به سرعت در حد کمتر از تک فوتون افت می‌کند. لیزر هوا برای این مشکل امکان راه حلی را پیشنهاد می‌کند. لیزری به سمت اتمسفر نشانه‌گیری می‌شود و در آنجا یک «لیزر هوا» ایجاد می‌کند که در هر دو جهت جلو وعقب تابش دارد. رد مولکول‌ها در راستای مسیر پرتو عقبی لیزر، از ویژگی‌های جذبشان مشخص خواهد شد.

شکل 1- (تصویر بالا، چپ) لیزر هوا در روش دو-رنگ جدید با پالس مادون قرمزی آغاز می‌شود که به نمونه‌ای از هوا برخورد می‌کند. جذب چند فوتونی، مولکول‌ها بخصوص مولکول‌های نیتروژن را (که با آبی نشان داده شده‌اند) می‌شکند. (تصویر وسط، چپ) سپس اتم‌های نیتروژن حاصل، در معرض یک پالس ماوراء بنفش قرار می‌گیرند که آن‌ها را به حالت فلوئورسانس تحریک می‌کند (نمودار تراز در سمت راست را ببینید). (تصویر پایین، چپ) تابش ابرفلوئورسانس در جهت‌های جلو و عقب منتشر شده و می‌توان آن‌ را آشکارسازی کرد.

لیزر هوا به طریق نوری از بیش از یک دهه پیش آغاز شد[4]. گزارشات قبلی عمدتاً بر رشته سازی filamentation تکیه داشتند؛ یعنی پدیده ای که در اثر ایجاد تعادل بین اثرات اپتیک غیرخطیِ خود متمرکز و تشکیل پلاسما، نور را در یک کانال باریک نگه می‌دارد. این رشته‌ها را می‌توان کانال‌های پلاسمای ایجاد شده با نور دانشت که نتیجه‌ی آن کاهش ضریب شکست روی محور و هدایت نور مشابه با یک تار نوری است[5]. اولین سیستم لیز هوا از رشته‌های ماوراءبنفش استفاده می‌کرد که در آن مولکول‌های هوای درون رشته توسط نور UV به حالت تابش فلوئورسانس تحریک می‌شدند. کارهای بعدی در طی چند سال گذشته این تکنیک را بهبود دادند اما تا به حال گزارش تابش رو به عقب، که نیازمند آشکارسازهایی با تقویت کننده‌های فوتونی با حساسیت زیاد است، نسبتاً کم بوده است. ارائه آزمایشگاهی قانع کننده‌تری از لیزر هوا در 2010 توسط گروهی با استفاده از ایجاد رشته در ناحیه‌ی مادون قرمز با لیزر 4 میکرومتر (µm) گزارش شد که در مقایسه با سایر طول موج‌های برانگیختگی بهبود چشمگیری در لیز نیتروژن به وجود می‌آورد. اما این آزمایش‌ها به نیتروژن فشار بالا نیاز داشتند و نمیشد آن‌ها را به هوای اتمسفری تعمیم داد. حالا لارین و همکارانش، با پیروی از آزمایشات قبلی در مورد ایجاد رشته UV، روش برانگیختگی دو-رنگ کاملاً جدیدی را پیشنهاد کرده و مناسب بودن آن را برای افزایش قابل توجه بازده لیزر در هم نیتروژن و هم اکسیژن نشان داده‌اند[2].

در آزمایشات قبلی دمش ((pump ماوراء بنفش، همزمان برای دو منظور متفاوت به کار گرفته‌ می‌شد. اول جدا سازی، یعنی شکستن مولکول‌های نیتروژن یا اکسیژن به اتم‌های سازنده‌شان. دوم، دمش اتم‌های حاصل به ترازهای لیزری بالاترشان با استفاده از برانگیختگی دو فوتونی. مرحله دوم است که به لیزر UV عمیق با طول موج تنظیم شده بر روی گذار باریک نیتروژن در 211 نانومتر (nm) نیاز دارد. تولید نور nm 211عموماً شامل سه مرحله تبدیل غیرخطی است که نسبت به بازدهی آن بسیار پر خرج است: این کار چندین ژول انرژی ورودی می‌خواهد تا چند میلی ژول (mJ) نور لیزر درnm 211 به دست بدهد. از آنجا که طول موج دقیق این فوتون‌ها تنها برای دمش فرآیند لیزری در نیتروژن مهم است، بسیار موثر‌تر خواهد بود اگر دو مرحله را با استفاده از نور لیزر مادون قرمز (که در فرآیند تبدیل نور «دانه‌ای» seed light به لیزر ماوراءبنفش به دست می‌آید) از هم مجزا کرده و مولکول‌ها را از طریق فرآیندهای چند فوتونی در یک رشته‌ی مادون قرمز بشکنیم. این روشی است که لارین و همکارانش دنبال کرده‌اند. آن‌ها از پالس ‌های mj 500 از نور لیزر µm 1 را برای شکستن نمونه‌ای از هوای اتمسفری استفاده می‌کنند. سپس یک پالس نور ماوراءبنفش با طول موج مناسب را برای دمش اتم‌های هوا یا نیتروژن به کار می‌گیرند (شکل 1 را ببینید). با کمک این روش جدید دو-رنگ، لارین و همکاران او توانسته‌اند در نیتروژن اتمسفری، لیزر عقبی به اندازه‌ی 100 نانو ژول به دست بیاورند- یعنی افزایش 200 برابری نسبت به آزمایش‌های لیزر نیتروژن با استفاده از سایر روش‌های دمش انرژی در nm 211. افزایش کمترِ سه برابری برای اکسیژن اتمسفری با پمپ nm 226 دیده می‌شود. اما مهم‌تر از آن، به نظر می‌رسد هر و فرآیند لیز در روش دو-رنگ حد آستانه کمتری دارند. به عبارتی، پژوهشگران تابش لیز عقبی را حتی هنگامی که انرژی دمش ماوراء بنفش به خیلی کمتر از 100 میکرو ژول تقلیل داده شد هم مشاهده نمودند. برخلاف لیز‌های ارائه شده‌ی قبلی که با انرژی دمش ماوراء بنفش زیر حد آستانه‌ی چند میلی ژول لیزی دیده نمی‌شد. البته باید توجه داشت که روش لارین و همکارانش نیازمند فوتون‌های مادون قرمز با چند صد میلی ژول انرژی هم هست اما تولید آن‌ها خیلی کم هزینه‌تر از تولید فوتون‌های ماوراء بنفش است.

با وجود اینکه این نتایج در آزمایشگاه به دست آمده است، نویسندگان اثر معتقدند که شاید بتوانند لیز هوا را در فواصلی بزرگتر از 100 متر نیز ایجاد کنند. با فرض اینکه چنین چیزی به طور عملی ممکن باشد، باز هم کمتر از بازه‌های چند کیلومتری لازم برای آشکارسازی گازهای ردیابی شونده در اتمسفر بالاست. در عین حال، ارائه‌ی لارین قدم بزرگی در این راستا محسوب می‌شود. حتی اگر لیز هوا فقط به چند ده یا چند صد متر محدود باشد، دریچه‌ی تازه‌ای به کاربردهای جدید اسپکتروسکوپی سرد باز خواهد کرد. راه بالقوه جالبی که می‌توان ادامه داد، ترکیب روش‌های برانگیختگی ماوراء بنفش با منابع مادون قرمز ِ میانی حاصل از آزمایشاتی مانند مرجع[6] است. چنین ترکیبِ «رنگِ» نامتعارفی از ماوراء بنفشِ دور و مادون قرمزِ مشابه آن، ممکن است اسپکتروسکوپی سرد در اتمسفر دوردست را مقدور سازد.

psi.ir

+ 80
رأی شما
- 30



www.HUPAA.com
مشاوره رایگان تحصیلی
ویدیو کلیپ علمی
محک
● مقالات فیزیک
● اخبار فیزیک
● مطالب پربیننده
● مجله علمی
● کوانتوم و فیزیک جدید
● الکترومغناطیس
● نظریات ایرانی
● نجوم و اخترفیزیک
● فلسفه و متافیزیک
● نانوتکنولوژی
● برق و الکترونیک
● هواشناسی و فیزیک جو
● فیزیک نور و اپتیک
● مکانیک و ترمودینامیک
● مطالب متفرقه
● معرفی کتاب
● دانشمندان
● فیزیک در ایران
● سایتهای فیزیک انگلیسی
● سایتهای فیزیک فارسی
● دانلود نرم افزار
● تصاویر دیدنی
● پزشکی و سلامت
امکانات
● خانه
● انجمن فیزیکدانان جوان ایران
● چت روم هوپا
● درباره ما
● سفارش آگهی
● تماس با ما
● عضویت در انجمن
● ورود
● RSS
آگهی های متنی
● ادامه تحصیل در مالزی
● دانشگاه های مالزی
● سعيد سيوف جهرمي
● هر آنچه می خواهید
● مجله پزشکی
● توصیه های پزشکی
● پس از باران
● انجمن علمی فیزیک پیام نور
● دانلود کامل
● سایت گردشگری آنوبانی نی
● جاویدان
● سنگ شکن
● آگهی رایگان
● ایتکا
● پزشکی
● مجله علمی
● پی سی گیمرز
● موسسه پروفسور حسابی
● میهن کمپ
● پی سی وبلاگ
● کتاب هفته
● دهکده فضایی
● ایران حافظ
● Airgo Design
● دکتر علی افضل صمدی
عضویت در خبرنامه
ایمیل :
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
پزشکی و سلامت
مشاوره رایگان تحصیلی
بیگ بنگ
آخرین گفتگوها در انجمن
انتگرال خطی (3 پاسخ)
پستی و بلندی‌های زمین به روایت ماهواره‌های آلمانی (0 پاسخ)
بیا تو سوال بپرس (223 پاسخ)
طراحی یک تست ژنتیکی برای شناسایی زودهنگام خطر حمله قلبی (0 پاسخ)
تقسيم كردن يك زاويه به سه قسمت مساوي (56 پاسخ)
معمای وزنه ۳ کیلویی و اندازه‌گیری یک کیلوگرم گندم با ترازو (17 پاسخ)
محاسبه ی مساحت بدن انسان برای تجویز دقیق دارو ها (0 پاسخ)
فرمول ریاضی برای درمان کمبود ویتامین دی (2 پاسخ)
عدد طلایی و سیارات (2 پاسخ)
بردار مکان در سایر دستگاه ها (8 پاسخ)
فرمولی برای تمام ابعاد وجودی کره ! (2 پاسخ)
نوبل پزشکی به کاشفان شیوه جدید مقابله با سرطان تعلق گرفت (0 پاسخ)
اصطکاک چگونه انرژی گرمایی تولید میکند؟ (59 پاسخ)
عدد پی تغییر کرد! (21 پاسخ)
استفاده از اثرات میدان مغناطیسی برای چرخیدن دائم جسم (2 پاسخ)
ابهام در مورد اصل فرما (اصل کمترین زمان) (3 پاسخ)
خروج زمین از مدار گردش خود (1 پاسخ)
نسبیت، انرژی و ماده (1 پاسخ)
شمارا بودن اعداد گویا (0 پاسخ)
خم کردن پرتو نور (2 پاسخ)
درهم تنیدگی کوانتومی تک ذره (3 پاسخ)
جـنـگنـده ها و اســلحــه های بــرتــر (106 پاسخ)
بیشترین دمای ممکن در هستی (3 پاسخ)
جفت شدگی اسپین - مدار (8 پاسخ)
تعداد کُره ها در کُره ای بزرگتر (6 پاسخ)
به سه دلیل ماده تاریک وجود ندارد (3 پاسخ)
مسئله: سرعت بعد از برخورد (1 پاسخ)
تصاویر نجومی (1985 پاسخ)
ارشد فیزیک پیام نور (0 پاسخ)
ایرادها و پارادوکس های نسبیت خاص (245 پاسخ)
جزوه ترمودینامیک مدرسان شریف (0 پاسخ)
آموزش Maple (74 پاسخ)
برای ثبت اختراع بین المللی چه راهی را باید پیمود؟ (0 پاسخ)
اختلاف منظر (2 پاسخ)
پرتاب نخستین ماهواره برای اندازه‌گیری باد به فضا (0 پاسخ)
مقاومت صفر و باتری (3 پاسخ)
بارِ القا شده در جسم (0 پاسخ)
زمین در چند سال آینده ممکن است شاهد گرمای غیرعادی باشد (0 پاسخ)
جنس زمان از چیست؟ اصلا زمان چیست؟ (219 پاسخ)
قرقره (7 پاسخ)
اثر افت سطح مقطع روی حرکت سیال (2 پاسخ)
آینده شغلی رشته فیزیک (1 پاسخ)
کاهش انرژی بار در مدار (0 پاسخ)
تحلیل ساختار عددی موجود در قضیه آخر فرما (0 پاسخ)
میدان در داخل رسانا (3 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (974 پاسخ)
سینماتیک سطح شیبدار (8 پاسخ)
رشته فیزیک در دانشگاه و انتخاب رشته کنکور (0 پاسخ)
یادگیری ریاضیات مورد نیاز در فیزیک (2 پاسخ)
به نظر شما انرژی از چه چیزی بوجود آمده است؟ (4 پاسخ)
سوالی در نسبیت خاص رزنیک (16 پاسخ)
مشکل دهم ثانیه تایمر (3 پاسخ)
کار و انرژی جنبشی (4 پاسخ)
توابع غربال گر اعداد در شناسایی و تولید اعداد اول (3 پاسخ)
نظریه اعداد و فلسفه اعداد طبیعی (15 پاسخ)
فیزیک و بلاکچین (3 پاسخ)
سفید چاله ها (1 پاسخ)
در زمان نمی توان سفر کرد (61 پاسخ)
تاثير ميدان هاي الکتريکي و مغناطيسي بر نور (29 پاسخ)
ماهیت مغناطیس (17 پاسخ)
مقالات فیزیک
محققان راهی برای چاپ سه‌بُعدی با پلیمرهای کریستالی مایع یافتند.
باستان‌شناسان شهری مایایی را در دل جنگل کشف کردند!
چه کسی ناسا را نفرین کرد؟ ناسا در فضا زمین‌گیر شده است.
قند خون پایین، واکنش بدن به گرسنگی و خلق‌و‌خو
اندازه‌گیری ذخایر هیدروژن اطراف اولین کهکشان‌های کیهان
چرا باید کاکائو و شکلات را زیاد بخوریم؟
تغییر وضعیت آب و هوا باعث افزایش تقاضای برق می‌شود.
تاثیر چشم‌گیر توان‌بخشی بر بهبودی پس از سکته‌ی مغزی
اخترشناسان انفجارهای رادیویی جدیدی را شناسایی کردند.
آیا واقعاً بذر گیاهان می‌توانند در معده‌ی انسان رشد کنند؟
تحولی شگرف در تولید نسل جدید باتری‌های‌ لیتیومی
خبری نگران‌کننده؛ آیا هابل از کار افتاده است؟
آیا ما واقعاً در عصر زمین‌شناسیِ جدیدی زندگی می‌کنیم؟
شرایط فضا چه عوارضی برای فضانوردان دارد و راه جلوگیری از آن چیست؟
آیا میلیاردر علم‌دوست، واقعاً میلیاردر هنرمند را به فضا می‌فرستد؟
مشاهده‌ی ماده‌ای که با یک‌سوم سرعت نور به درون سیاهچاله‌ای سقوط کرد.
خواب منظم می‌تواند عامل مهمی در سلامتِ انسان باشد.
استفاده‌ی فیزیکدانان از پادماده در یکی از معروفترین آزمایشات جهان
چرا صفحات کتاب به مرور زمان زرد می‌شود؟
کشف‌های لحظه‌ی آخری کاسینی
کشف قدیمی‌ترین جانور زمینی
مولکول شگفت‌انگیزی که واکنشی شیمیایی دارد!
قدیمی‌ترین سازه‌ی صخره‌‌ای زمین چطور شکل گرفته است؟
چرا مردم به شایعات اهمیت می‌دهند؟ و قانون علاقه به چرندیات چیست؟
رژیم غذایی مدیترانه‌ای خطر سکته را کاهش می‌دهد.
چرا برخی افراد ذاتاً مدیران و رهبران موفقی هستند؟
حماسه‌ای دیگر از زمین تخت‌گرایان؛ نقطه‌ی اعتدالین در زمین‌تخت
محققان پیش‌بینی زودهنگام خطر ابتلا به اسکیزوفرنی را فرآهم کردند.
ربات جدید اَپل، آیفون‌های قدیمی را بازیافت می‌کند!
مدارپیمای جونو ناسا ابر قهوه‌ای مشتری را رصد کرد.
ادامه ...
اخبار فیزیک
یافته های تازه دانشمندان ممکن است سفر در زمان را غیرممکن کند!
نگاهی به دوردست‌های کیهان به کمک یک خوشه کهکشانی غول‌پیکر
سنجش ذرات در کیهان اولیه
پیش‌بینی جرم ذره «هیگز» توسط سیمپسون‌های کارتونی 14 سال قبل از سرن!
فریب فوق‌العاده نور توسط محقق ایرانی
طراحی پای مصنوعی دارای سیستم بینایی توسط دانشمندان ایرانی
حل یک مساله سی‌ساله فیزیک شبیه‌سازی مواد ابررسانا با اتم‌های فوق سرد با همکاری فیزیکدان ایرانی
مخترع لیزر چارلز تاونز در 99 سالگی درگذشت
حل معماهای فیزیک در آزمایشگاه‌های ارزان بجای شتاب‌دهنده‌! مشاهده حالت بوزون هیگزی در ابررسانا برای نخستین بار
سه ایرانی در میان 100 نفر کاندیدای نهایی سفر بی بازگشت به مریخ
آمادگی برخورددهنده بزرگ هادرونی برای کشف یک ذره جدید
مشاهده پیوند شیمیایی اتم‌ها و تشکیل مولکول برای نخستین‌بار
کشف عجایب حبابی با سی‌تی اسکن درون یک ابرنواختر
لوح انجمن جهانی نفرولوژی به «پدر علم نفرولوژی ایران» اعطا می‌شود
چرا برخی کهکشان‌ها جوانمرگ می‌شوند؟
ادامه ...
مطالب پربیننده
نزدیک و نزدیک‌تر، به شفق‌های قطبی زحل (0+)
پیش‌بینی احتمال وقوع پس‌لرزه با کمک هوش‌مصنوعی گوگل (0+)
دست‌ها را باید شست! در استفاده از شوینده‌های دست، بیشتر دقت کنید. (0+)
محققان اندام کوچک جدیدی در دستگاه ایمنی انسان شناسایی کردند! (0+)
چاپگری که با امواج صوتی چاپ می‌کند! (0+)
رصد سحابی کارینا، در طیف فروسرخ (0+)
خطر استفاده از فلزات سمی برای قلب (0+)
میراث تلسکوپ فضایی کپلر، آیا ما در کیهان تنها هستیم؟ (0+)
نوع تازه‌ای از نورون انسان به‌نام میوه‌ی گل رز کشف شد! (0+)
کشف لوحی ۱،۵۰۰ ساله متعلق به قوم مایا در گواتمالا (0+)
پروتون‌ها بر روی خواص ستاره‌های نوترونی تاثیر می‌گذارند! (0+)
بلند پروازی خودروی کمتر شناخته شده‌ی فرانسوی (0+)
رویدادهای نجومی مهرماه ۱۳۹۷ (0+)
پیامدهای خوب و بد طوفان مریخی بر کاوشگرها و مدارگردها (0+)
ریزگردهای صحرای بزرگ آفریقا چه تاثیری بر بارش باران دارند؟ (0+)
ادامه ...