مشاوره رایگان تحصیلی
منو

موفقیتی برای لیزر از راه دور در هوا

+ 129
رأی شما
- 51

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

+ 129
رأی شما
- 51



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
● تحصیل در کانادا
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
تفاوت نیرو با انرژی چیست؟ (24 پاسخ)
کتاب فیزیک آینده (2 پاسخ)
جنس ذره برخورد کننده (5 پاسخ)
ساده ترین بیان برای منشاء گرانش (17 پاسخ)
وجود قید در ترکیب (7 پاسخ)
چرخش به دور درخت با سرعت نور (18 پاسخ)
نگاهی نو به زمان (24 پاسخ)
نیروی گرانش از کجا پدید می آید منشا آن چیست؟ (40 پاسخ)
جنس زمان از چیست؟ اصلا زمان چیست؟ (225 پاسخ)
گالری عکس آسمان (644 پاسخ)
زمین تخت گرایان (138 پاسخ)
علیت (16 پاسخ)
فعالیت نوری (2 پاسخ)
منظور هاوكينگ از به وجود آمدن جهان از هیچ چیست؟ (15 پاسخ)
زمان در مکانیک کوانتومی (3 پاسخ)
مدار RLC (1 پاسخ)
سوالی پیش پا افتاده در تداخل ویرانگر دو موج نور (6 پاسخ)
نور و میدان مغناطیسی (1 پاسخ)
نوسانات کوانتومی (4 پاسخ)
تعریف فاصله در نسبیت و سازگاری نسبیت عام با مکانیک نیوتونی (20 پاسخ)
پایان نظریۀ نسبیت اینشین به تمام جهان اعلام می شود (10 پاسخ)
کهن‌ترین مولکول کیهان در فضا کشف شد! (0 پاسخ)
پایان نسبیت اینشتین با حل دقیق معادلات خود او ( فیزیک مطلق) (29 پاسخ)
اثبات حیرت آور فیزیک مطلق بر اثر سیارات روی سینگال های زمینی (17 پاسخ)
انفجار فیزیک توسط عدم برابری بار الکتریکی الکترون و پروتون (5 پاسخ)
نانوتکنولوژی و کاربردهای آن (1 پاسخ)
نسبیت، انرژی و ماده (2 پاسخ)
قانون فاراده (1 پاسخ)
هسته درونی عطارد جامد است (0 پاسخ)
آیا عینک‌های فوتوکرومیک هم جزو مواد هوشمند هستند؟ (0 پاسخ)
نسبیت در سرعت زاویه ای (6 پاسخ)
حرکت ذره باردار در دو میدان (4 پاسخ)
نخستین مریخ‌لرزه ثبت شد! (0 پاسخ)
بسط تیلور (6 پاسخ)
مشکل دهم ثانیه تایمر (15 پاسخ)
انتقال الکترون در جریان الکتریکی (2 پاسخ)
ساخت اولین قلب با چاپگر سه‌بعدی و رگ و پی انسانی (0 پاسخ)
آيا آهنربا ميدان خودرا از دست ميده؟ (36 پاسخ)
نیرویی که جسم به زمین وارد میکند (1 پاسخ)
نخستین عکس واقعی از افق رویداد سیاهچاله منتشر شد (0 پاسخ)
آیا در سیاه چاله نیروی گرانش به بینهایت میل میکند؟ (11 پاسخ)
نوشتن معادلات قیدی و دیفرانسیلی (2 پاسخ)
فیزیک مطلق و اثبات کاملا دقیق اشتباه بودن فرمول معروف انرژی (68 پاسخ)
اثبات قضیه استوارت و نقطه لومواین (4 پاسخ)
فشار برحسب واحد مارتینی (1 پاسخ)
اثبات قانون دوم نیوتن (15 پاسخ)
حرکت دورانی حول محور ثابت (5 پاسخ)
دانلود رایگان کتاب فیزیک هالیدی جلد 1 به زبان فارسی (25 پاسخ)
انرژی چیست؟ (1 پاسخ)
چرا آهنربا چوب رو جذب نمیکنه ولی آهن رو جذب میکنه؟ (4 پاسخ)
راهنمایی برای انتخاب کتاب ریاضی و فیزیک (8 پاسخ)
بهترین سایت هایی که تا حالا رفتید اینجا قرار بدید (112 پاسخ)
آیا اعداد اول فرمول دارند؟ (37 پاسخ)
آشيل و لاكپشت (29 پاسخ)
نواحی در بسط لوران (22 پاسخ)
مقایسه فونون و فوتون (8 پاسخ)
مطابق فیزیک مطلق، انبساط جهان توسط نیروی دافعه بین اجرام (7 پاسخ)
حل معمای بزرگ دویصد سالۀ تاج خورشیدی با فیزیک مطلق (1 پاسخ)
سوال از تبدیل ماده به انرژی (24 پاسخ)
نمایی از کهکشان مارپیچی M101 (0 پاسخ)
مقالات فیزیک
مزیت منحصربه‌فرد نوشیدن قهوه
غذای بومیان صحرای آفریقا چه بوده است؟
کشف سیاره‌ی فراخورشیدی جدید
توانایی خارق‌العاده‌ی زنان
ابتکاری جالب برای جلوگیری از گرمایش زمین
آیا پلوتو میزبان حیات است؟
تاثیر نوشیدنی‌های انرژی‌زا بر کارکرد قلب
انقلابی در کشف ابرنواخترها
آنتی‌بیوتیکی طبیعی
مسابقه‌ی علمی شماره‌ی بیست و هشت
هنگام رژیم لاغری، چه اتفاقی برای چربی‌ها می‌افتد؟
کشف همزمان دو سیاره‌ی فراخورشیدی
مشاهده‌ی واگیری عاطفی در بین کلاغ‌ها
صدای ستارگان چگونه است؟
این داروی گیاهی‌ می‌تواند کُشنده باشد!
در زیر جزایر برمودا چه می‌گذرد؟
کاهش خطر بیماری‌های قلبی با خوردن نوعی میوه
تصویری از خانواده‌ای کیهانی
دانشمندان گربه‌ی شرودینگر را گرفتند!
ماده‌ای حیاتی در شکل‌گیری حیات بر روی زمین
در این سیاره فلزات هم تبخیر می‌شوند!
تاثیر مصرف ماری‌جوانا در ورزش بهتر
حد متعادل کلسترول خون چقدر است؟
بادهای مریخی چقدر قدرت دارند؟
ساخت سریع‌ترین فِراری جهان
مقایسه‌ی باکتریایی روده‌ی زنان و مردان
جادوی گردو در بدن انسان
بالاخره اطلس قطب جنوب ماه تهیه شد
تاریخچه‌ی ۱۲۰هزار ساله‌ی تغذیه‌ی انسان
تاثیر کلسترون تخم‌مرغ بر بدن انسان
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
استخوان ۱۶۰ هزار ساله‌ی انسان (0+)
در سیارک ایتوکاوا آب پیدا شد! (0+)
کشف هزارپای باستانی (0+)
مغز ما توسط گوش‌هایمان کنترل می‌شود! (0+)
ثبت نور واقعی نورون‌های عصبی مغز (0+)
ماموریتی به مقصد قمر اسرارآمیز مریخ (0+)
پیکسل نمایشگرها یک‌میلیون‌بار کوچک‌تر می‌شوند! (0+)
کشف قبرستانی در کنار اهرام مصر (0+)
منشاء فلزات گران‌بهای زمین کجاست؟ (0+)
مضرات برداشتن آپاندیس تا چه حد جدی است؟ (0+)
کهکشان‌های اولیه‌، درخشان‌تر از انتظارها بوده‌اند! (0+)
مسن‌ترین درختان زمین را بشناسیم (0+)
کشف بقایای نواختری باستانی (0+)
این بیماری را با آلزایمر اشتباه نگیرید (0+)
چگونه امواج گرانشی نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین را تایید می‌کنند؟ (0+)
ادامه ...