مشاوره رایگان تحصیلی
منو

موفقیتی برای لیزر از راه دور در هوا

+ 65
رأی شما
- 17

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

+ 65
رأی شما
- 17
نظر شما :
● فارسی نویس
نام کاربری :

کلمه عبور :


 تذکر :   تنها اعضای سایت مجاز به ارسال نظر می باشند. جهت عضویت در سایت   اينجـــا   کلیک کنید.




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
علت جمع شدن بارهای الکتریکی در سطح کره (10 پاسخ)
ماشين محرك دائم (149 پاسخ)
موجی و ذره ای بودن نور (6 پاسخ)
جهان چند بعد دارد؟ (28 پاسخ)
ایرادها و پارادوکس های نسبیت خاص (235 پاسخ)
عملگرها و اپراتورها در ریاضیات و فیزیک (1 پاسخ)
روش ساده محاسبه Eigenvalue برخی ماتریکس های خاص (0 پاسخ)
چرا قبل از بارش برف آسمان قرمز میشود؟ (28 پاسخ)
آیا نور انرژی جنبشی خود را منتقل می کند؟ (11 پاسخ)
کارشناسی فیزیک، ارشد برق (0 پاسخ)
کاسینی شیرجه نهایی به سوی زحل را شروع می کند (3 پاسخ)
تصاویر نجومی (1869 پاسخ)
مقالاتي از گوشه و كنار رياضيات (93 پاسخ)
ماهیت میدان الکتریکی چیست؟ (3 پاسخ)
ساخت باتری مقاوم در برابر انفجار و آتش‌سوزی (0 پاسخ)
چگونه فردی خردمند شویم؟ (5 پاسخ)
تخمین انرژی رسیده از خورشید به زمین (4 پاسخ)
آزمایش سایناک (2 پاسخ)
تمام حقیقت. لطفا بخانید (1 پاسخ)
لکه های خوشیدی چگونه به وجود می آیند؟ (3 پاسخ)
یکی از قوی‌ترین میکروسکوپ‌های لیزری جهان راه اندازی شد (0 پاسخ)
کاربرد روشهای فازی در پیش بینی معادله سرمایش نیوتن (0 پاسخ)
پرسشی در مورد مجموعه اعداد اول (7 پاسخ)
تابعی یک به یک و پوشا رو میشناسید که از Nبه Q بره؟ (23 پاسخ)
ذرات با سرعت های بالاتر از سرعت نور (1 پاسخ)
آیا فیزیک بمانند ریاضیات اصول موضوعه دارد؟ (4 پاسخ)
زمین تخت گرایان (77 پاسخ)
تولید بردارهای یکه در فضای سه بعدی (0 پاسخ)
نظریه اعداد و فلسفه اعداد طبیعی (13 پاسخ)
آنالیز و طراحی سیستم های مرتعش تحت نیروهای هارمونیک (0 پاسخ)
حرکت و زمان مستقل از هم هستند یا وابسته به یکدیگر؟ (73 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (965 پاسخ)
ساخت لیزر co2 با توان ۴۰ وات (0 پاسخ)
رابطه بردار مکان زمان با دنیای سه بعدی چیست؟ (3 پاسخ)
یک روش جدید درمان سرطان در آمریکا مجوز گرفت (0 پاسخ)
تهیه دیسک های ابررسانا (7 پاسخ)
سفید چاله ها (0 پاسخ)
نجوم آماتوری را چگونه آغاز کنیم؟ (1 پاسخ)
آزمایشات ذهنی انیشتن (14 پاسخ)
۲۹ نکته برای رصدهای آماتوری (0 پاسخ)
آیا با افزایش سرعت جرم هم افزایش پیدا میکنه؟ (16 پاسخ)
معادله حرکت منحنی از یک نقطه به نقطه دیگر (13 پاسخ)
حیات با نتیجه‌های بدیهی و حتمی فیزیک همراه است (0 پاسخ)
نظریه جدید تعریف بعد زمان (27 پاسخ)
در زمان نمی توان سفر کرد (24 پاسخ)
تصویر های دانشیک (80 پاسخ)
نکاتی که باید درباره سرطان و پیشگیری از آن بدانید (0 پاسخ)
چه کتابی نسبیت رو از منظر نظریه گروه بحث می‌کنه؟ (7 پاسخ)
اگر r=0 باشه چه نيرويي بار ها به يك وارد ميكنند ؟ (1 پاسخ)
constructal law آیا ماهیت تصادفی ِ فرگشت را به چالش می کشد؟ (12 پاسخ)
خمیدگی باند در سلول خورشیدی (0 پاسخ)
تاثیر مغز بر ژنتیک (6 پاسخ)
مکاترونیک (0 پاسخ)
نظریه ی غلظت (62 پاسخ)
آیا در سیاه چاله نیروی گرانش به بینهایت میل میکند؟ (6 پاسخ)
انهدام نظریه غلظت و حل شبه پارادوکس های نسبیت (47 پاسخ)
فیزیک مطلق تحلیلگر نظریات مختلف جهانی (36 پاسخ)
فیزیک مطلق و اثبات کاملا دقیق اشتباه بودن فرمول معروف انرژی (67 پاسخ)
پژوهشکده فیزیک (7 پاسخ)
پاسخ به شایعات زمین تخت گراها (1 پاسخ)
مقالات فیزیک
تاثیر ماریجوانا و نیکوتین بر هیپوکامپ مغز
محققان مواد بلوری حساس به نور ساختند.
فاش شدن رازهای خبیث‌ترین شهر تاریخ
شامپانزه‌ها می‌توانند قواعد بازی «سنگ، کاغذ، قیچی» را درک کنند.
مبارزه‌ی جلبک‌های دریایی با تغییرات آب‌وهوایی
ساخت نوعی پارچه‌ی که انرژی تولید می‌کند.
مشاهده‌ی تغییراتی در خوشه‌ی پروین
کافئین درک ما را نسبت به طعم شیرین عوض می‌کند!
تغییر تنفس در واکنش به التهاب عفونت باکتریایی
هک اسپیکر گجت‌ها توسط جاسوس‌ها و تروریست‌ها
مشاهده‌ی سیاهچاله‌های غول‌پیکر با رصد عروس‌دریایی
آثار ۴۳ میلیون ساله‌ی کیسه‌داری در ترکیه
احیای نورون‌ها در ناحیه‌ی غیرمعمول مغز
خطر سکته‌ی مغزی در کمین جوانان معتاد به «متامفتامین»
آنتنی کوچک رابط بین انسان و کامپیوتر می‌شود.
کشف چهار سیاره‌ی بیگانه در اطراف ستاره «تائو ستی»
کشف روستایی مربوط به روم باستان در ایتالیا
خاطره‌ای از کاسینی؛ نمایی نزدیک از ابرهای زحل
کاشت ریزتراشه در بدن کارگران یک شرکت
روش‌های نادرست استفاده از لنز چشمی
تکنولوژی نانو، رنگ ‌سبزی برای انرژی پاک و زیبا فراهم می‌کند.
تصاویری شگفت انگیز از کهکشان میله‌ای-حلقه‌ای مارپیچی NGC7089
درمان بیماری ام‌اس با نوعی باکتری در روده
شناسایی کروکودیلی ما قبل تاریخی
پایانی شکوه‌مند برای قهرمان فضا؛ «کاسینی»
تشخیص سریع‌تر اثرانگشت با هوش مصنوعی
تاریخچه گرمایش زمین، فقط در ۳۵ ثانیه
ثبت رکورد کوتاه‌ترین پالس لیزری
احتمال وجود میلیون‌ها سیاه‌چاله در کهکشان راه‌شیری
ساخت تاری مصنوعی محکم‌تر از تار عنکبوت‌ها
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
به چالش کشیدن خرافات، تفتیش عقاید! (0+)
نقش مواد شیمیایی غیرقانونی در عدم بازیابی ازون (0+)
آشفتگی بی‌اندازه‌ی سیارات مشتریِ داغ (0+)
زرافه‌ی معروف بچه‌ی خود را به‌دنیا ‌آورد! (0+)
سرانجام خورشید را لمس خواهیم کرد! (0+)
پیش‌گویی مغز از وقایع آینده! (0+)
به امید نقطه‌ی اوجِ زمین (0+)
اسکن لیزری برای تشخیص زودهنگام بیماری قلبی (0+)
شباهت یادگیری میمون‌ها با انسان (0+)
در دوره‌ی تاریک کیهان چه گذشت؟ (0+)
آیا روان‌گردان‌ها واقعأ کار می‌کند؟ (0+)
ساخت فوم گرافنی با چاپگر سه‌بعدی، برای اولین بار (0+)
فعالیت لکه‌ای خورشیدیِ بزرگتر از زمین (0+)
احتمال هوشمندتر شدن هوش‌مصنوعی (0+)
مشاهده‌ی تکثیر DNA در مدل سلولی (0+)
ادامه ...