مشاوره رایگان تحصیلی
منو

موفقیتی برای لیزر از راه دور در هوا

+ 75
رأی شما
- 25

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

+ 75
رأی شما
- 25



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
جسم مجازی چیست؟ (11 پاسخ)
کمیت عامل شکل ( عملیات ریاضی) (0 پاسخ)
محاسبه چگالی میدان در فاصله مشخصی از سیم پیچ (1 پاسخ)
چرا خطوط میدان الکتریکی همدیگر را قطع نمی کنند؟ (25 پاسخ)
اثبات قاون پتانسیل کیرشهف با اصل بقای انرژی (1 پاسخ)
اختلال دو قطبی (0 پاسخ)
حل یک معادله دیفرانسیل (1 پاسخ)
موتور مثلث در شش ضلعی در دایره اشکال هندسی مزارع (0 پاسخ)
نسبیت (0 پاسخ)
در زمان نمی توان سفر کرد (30 پاسخ)
نسبیت خاص خوانی(!)،سوالات و مقالات پراکنده پیرامون نسبیت خاص (31 پاسخ)
انتشار کتاب ((نظریه ی غلظت)) در نیویورک-آمریکا (21 پاسخ)
چرا قبل از بارش برف آسمان قرمز میشود؟ (30 پاسخ)
همجوشی هسته ای (4 پاسخ)
اثبآت فرمول تغییر سطح (1 پاسخ)
حمام نمک (0 پاسخ)
گامی پیش‌تر به سوی آشکارساز امواج گرانشیِ مستقر در فضا (0 پاسخ)
انرژی در موج های مکانیکی (7 پاسخ)
خواص ذاتی ذرات؟! (10 پاسخ)
تصاويري از تجهيزات نظامي عجيب و غريب! (113 پاسخ)
تساوی صفر و یک؟؟ (5 پاسخ)
اثبات مساحت دایره (22 پاسخ)
لکه های خوشیدی چگونه به وجود می آیند؟ (4 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (973 پاسخ)
منظور پروفسور حسابی از بی نهایت بودن ذرات چه بوده؟ (38 پاسخ)
سوال در مورد انقباض طولی (6 پاسخ)
حذف یا تضعیف میدان مغناطیسی (1 پاسخ)
رنگ اجسام (3 پاسخ)
چرا نبایست با افراطی ها بحث کرد؟ (3 پاسخ)
میدان مغناطیسی اطراف یک ذره باردار به چه شکل است؟ (1 پاسخ)
پيدايش كاينات (0 پاسخ)
معرفی کانال های تلگرام فیزیک (8 پاسخ)
تابش لیزر به سطح کره ماه (5 پاسخ)
راکتور های هسته ای بی خطر (19 پاسخ)
یک پرسش دینامیکی در رابطه با اصطکاک (7 پاسخ)
توان تشعشعي از ذره شتابدار (0 پاسخ)
تصویر های دانشیک (85 پاسخ)
زاویه بحرانی و اندازه ذرات (0 پاسخ)
استفاده از اثرات میدان مغناطیسی برای چرخیدن دائم جسم (1 پاسخ)
عملگرها و اپراتورها در ریاضیات و فیزیک (73 پاسخ)
شوخي با شيمي (35 پاسخ)
فرگشت انسان (51 پاسخ)
توجیه عملکرد مدار شوکر (9 پاسخ)
مسیر حرکت رعد و برق و بارها (0 پاسخ)
سقوط آزاد و نیروی جزر و مدی (2 پاسخ)
مسئله: چهار گوی رسانای یکسان (2 پاسخ)
سقوط آزاد، پرتاب دو جسم با جرم‌های مختلف (8 پاسخ)
آیا مولتی متر بدون باتری کار می کند؟ (1 پاسخ)
کشت ریزغده ابزاری جدید در مقابله با سرطان (0 پاسخ)
ببینید و لذت ببرید (4 پاسخ)
فرود آمدن عمودی بطری آب بر روی میز (1 پاسخ)
نیوتون چگونه حرکت بیضوی زمین را ثابت کرد؟ (15 پاسخ)
لطفا یه کتاب در زمینه فیزیک بهم معرفی کنید که ترجمه کنم (8 پاسخ)
راهی برای دوباره زیستن - بدن جدید - عمر نامحدود (25 پاسخ)
انرژی چگونه به جرم تبدیل میشود؟ (21 پاسخ)
زمین تخت گرایان (99 پاسخ)
کتاب مناسب برای کنکور (6 پاسخ)
کمبود ویتامین دی و سرطان ها (0 پاسخ)
برنامه‌ای که مرگ را پیش‌بینی می‌کند (0 پاسخ)
پایانه های باتری (3 پاسخ)
مقالات فیزیک
مصائب تلخ این روزهای مارک زاکربرگ
روزهای بازنشستگی کپلر نزدیک است!
این مرد قرون وسطایی چه چیزی در دست دارد؟
توانایی عجیب و غریب نوزادان، دانشمندان را شگفت‌زده کرد!
مژده به بیماران کلیوی؛ منتظر دیالیزی راحت‌تر باشید!
حرکات عجیب این دو کهکشان ناشی از چیست؟
سیستم شبه بلاک‌چین گوگل در فضای ابری منتشر خواهد شد.
جاذبه‌ی منطقه‌ی وان ترکیه چیست؟
رفتار عموزاده‌ی ما در غذاخوردن چگونه است؟
رویداد‌های نجومی اردیبهشت‌ماه ۱۳۹۷
کشف عجیب مینیاتوری در بدن انسان
آینده‌ی خودروهای خودران، مبهم‌تر از گذشته شد.
سنگین‌ترین اتم جهان چقدر وزن دارد؟
آینده‌ی اِتنا چقدر خطرناک و ویران‌گر است؟
فاصله‌ی ۷،۸۰۰ ساله‌ نوری زمین تا خوشه‌ای ستاره‌ای چگونه محاسبه شد؟
کشف اندامی جدید در بدن انسان
چگونه این یک میلیون نفر در آمازون پنهان شده بودند؟
کدو تنبل چگونه باعث ریزش مو در زنان می‌شود؟
جورابی که به کمک بیماران دیابتی می‌آید!
رازی باستانی از گونه‌ی انسان که در آب دهانش نهفته بود!
هابل از انعکاس نور ابرنواختری در دور دست‌ها خبر داد.
انقلاب بعدی چه زمانی رخ می‌دهد!؟
کشف ردپایی حیرت‌آور از دوران ژوراسیک
بررسی دقیق اوموموا، در فرکانس رادیویی
عواقب خوردن تندترین فلفل جهان چیست؟
آینده‌ی فالکون و چشم‌انداز تسخیر سیاره‌ی سرخ
حشره‌ای که اتصال باستانی روسیه و کانادا را برملا کرد!
زمین‌تخت‌گرایان؛ پدیده‌هایی نخبه یا عقب‌ماندگانی از بشریت؟
محققان نوعی جدید از آنتی‌بیوتیک‌ها را کشف کردند.
چینی‌ها در ۱۱۵هزار سال پیش چه ابزاری داشتند؟
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
فیزیکدان‌ها غیرممکن را ممکن می‌کنند: تبدیل نور به ماده! (0+)
مشارکت دو دانشمند ایرانی در ساخت نسل جدید باتری‌ها (0+)
سوت اولین قطار تمام خورشیدی جهان در ایستگاه‌های استرالیا (0+)
کشف بخار آب در جو سیاره‌ای فراخورشیدی (0+)
گونه‌های جدیدی از تاردی‌گراد در ژاپن یافت شد. (0+)
خبرهایی از انتشار ارز دیجیتال ملی ایران (0+)
آیا یادگیری در خواب واقعیت دارد؟ (0+)
عشاق، بیشتر دست یکدیگر را بگیرند. (0+)
آینده‌ی نگران‌کننده‌ی خودران‌ها در کالیفرنیا (0+)
رقص باشکوه کهکشان‌های مارپیچی (0+)
آیا بیماری‌های خود ایمنی درمان دارند؟ (0+)
سقوط تاج و تخت کیهانی (0+)
با وجود کمبود فسفر جنگل‌های گرمسیری چگونه رشد می‌کنند؟ (0+)
شما می‌توانید بی‌خوابی را از اجدادتان به‌ارث برده باشید. (0+)
نقش امدادی تکنولوژی در فاجعه‌ها (0+)
ادامه ...