العودة   منتدى لغة الروح > لغة الفيزياء > الفيزياء العامة


الفيزياء التطبيقية: سلوك عشوائي لِلِيزَر تَسَلْسُلِي

كل ما يخص الفيزياء العامة


إضافة رد
 
أدوات الموضوع انواع عرض الموضوع
#1  
قديم 04-20-2016, 10:50 PM
mo7med غير متواجد حالياً
لوني المفضل Cadetblue
 رقم العضوية : 647
 تاريخ التسجيل : Apr 2016
 فترة الأقامة : 1690 يوم
 أخر زيارة : 11-09-2017 (06:56 PM)
 المشاركات : 101 [ + ]
 التقييم : 30
 معدل التقييم : mo7med is on a distinguished road
بيانات اضافيه [ + ]
Post الفيزياء التطبيقية: سلوك عشوائي لِلِيزَر تَسَلْسُلِي



الفيزياء التطبيقية: سلوك عشوائي لِلِيزَر تَسَلْسُلِي

مصفوفة عشوائية من الثقوب، محفورة في بنية شبه موصلة، مكوَّنة من سلسلة طبقات رقيقة متكررة، انبعث منها إشعاع ليزر بمنتصف نطاق الأشعة تحت الحمراء. إنّ جهازًا كهذا.. ستكون له تطبيقات في الاستشعار والتصوير.

بعد 53 سنة من اكتشافه على يد ثيودور ميمان1، أصبح الليزر الآن موجودًا في كل أركان حياتنا اليومية. فنحن نستخدمه عند آلات الخروج من المتاجر، وفي قراءة أقراص الفيديو الرقمية (DVDs) والكتابة عليها، وحتى بمجرد الإبحار عبر شبكة الإنترنت (من خلال أنظمة اتصال الألياف البصرية). كذلك، هناك استخدامات واسعة لليزر في التجهيزات الصناعية والمستشفيات. وعلى مر السنين، طوّر العلماء والمهندسون أنواع ليزر عديدة باستخدام مواد مختلفة لتطبيقات متنوعة. ورغم التطور الهائل في تقنيات الليزر، ما زال من المفاجآت السارة أن نحيط بتطورات جديدة قد تمهِّد الطريق لتطبيقات أكثر تقدمًا. وأحد أمثلة ذلك فئة ليزر خاصة: ليزر عشوائي يعمل في منتصف نطاق الأشعة تحت الحمراء، أورده ليانج وزملاؤه2 مؤخرًا بدوريّة «المواد المتقدمة» Advanced Materials.


يتألف الليزر من مكونَين أساسيَّين: وسيط للكسب (التضخيم)، وهو مادة انبعاث وتضخيم الضوء؛ وفجوة بصرية، أي شَرَك لاصطياد الضوء مؤقتًا؛ لجعل التضخيم فعالًا. تتكون أبسط فجوة ليزر بصرية من مرآتين متقابلتين، إحداهما عاكسة بشدة، والأخرى ناقلة جزئيًّا، وبينهما وسيط الكسب.
ينعكس الضوء جيئة وذهابًا بين المرآتين، وكلما مر خلال وسيط الكسب يتضخم، حتى يخرج من خلال المرآة الناقلة جزئيًّا. وعتبة إنتاج الليزر، اللازمة لانبعاث ضوء الليزر، يُـتوصَّل إليها عندما يكافئ تضخيم الضوء، الذي يُحدثه وسيط الكسب فقدان الضوء من المرآتين.


وبخلاف الليزر التقليدي، يستخدم الليزر العشوائي بنية مختلطة جدًّا لاصطياد الضوء4،3، رغم أنها قد تبدو غير متوافقة مع الليزر. ويشيع وجود المواد المختلطة في حياتنا اليومية، منها على سبيل المثال.. اللبن، ومعجون الأسنان، والورق، والسُّحُب، وتتكون جميعها من حبيبات أو قطيرات صغيرة تشتت الضوء. فعندما تصطدم موجة ضوء بحُبيبة؛ يتغير اتجاه سيرها عشوائيًّا، وتسمى الحُبَيْبَة مركز تشتُّـت.
وبعد انتشارها أبعد، ستصطدم موجة الضوء بمركز تشتُّـت آخر؛ وتغيِّر اتجاهها مرة أخرى. في منظومة مكوّنة من مراكز تشتت بالآلاف، ستتشتَّت موجة الضوء مرات كثيرة؛ ليصبح مسارها بالكامل عشوائيًّا. يزيد التشتت المتعدد على هذا النحو من طول مسار الضوء، مما يزيد بدوره فترة وجود الضوء في بنية مختلطة. وإذا احتوى وسيط الكسب على جزيئات صبغة بين مراكز التشتت، سيتعزز تضخيم الضوء بواسطة التشتت المتعدد، ويمكن أن يتولد ليزر.


ومنذ الأعمال البحثية الرائدة لكل من نيكولاي باسوف5، وفلاديلن ليتوكوف6 في الستينات من القرن الماضي، أظهرت دراسات واسعة4،3 أن توليد الليزر عشوائيًّا ظاهرة تنطبق على منظومات عديدة، منها المساحيق، والغرويات، والبوليمرات، والألياف، بل والأنسجة الحيوية.
يتراوح نطاق ترددات توليد الليزر بين قرب فوق البنفسجية، وقرب تحت الحمراء، إلا أن هناك عائقًا رئيسًا لتطبيق الليزرات العشوائية، وهو المصدر الباهظ المطلوب لضخ الطاقة إلى وسيط الكسب، بحيث يستطيع تضخيم الضوء.
وهناك تصميمان لضخ الطاقة: أحدهما بصري، ينخرط في امتصاص الضوء من مصدر آخر (يكون عادة ليزر بتردد مختلف)؛ والآخر كهربي، مثل حقن تيار كهربي من بطارية. والتصميم الثاني أرخص كثيرًا، وأيسر استخدامًا لتطبيقات عدة، إلا أن معظم الليزرات العشوائية تضخ طاقتها بصريًّا.


يمثِّل عمل ليانج وزملائه تقدمًا رئيسًا في تقنية الليزر العشوائي، إذ دفع الباحثون بتردد توليد الليزر إلى منتصف تحت الحمراء، وأنجزوا ضخ الطاقة كهربيًّا. ولتحقيق هذا، حفر الفريق مصفوفة عشوائية من الثقوب الهوائية في غشاء شبه موصِّل (الشكل 1). والضوء المنتشر عبر الغشاء يتشتت من ثقبٍ إلى آخر، ليغيّر اتجاهه عشوائيًّا عند كل ثقب.
وإذا أردنا تشبيهًا شائعًا لهذا السلوك العشوائي، فهو كشخص ثَمِل يتجول في غابة، ويغيِّر اتجاهه كلما صادف شجرة. ونظرًا إلى أن هذه البِنْيَة (التركيبة) مصنَّعة بواسطة الطباعة الحجرية والحفر الكيميائي، فإن أقطار الثقوب ومواضعها وكثافتها يمكن تحديدها بدقة، بما يتيح السيطرة المحكمة على قوة التشتت. وعندما تكون قوة التشتت كافية؛ يتولد الليزر العشوائي. وتقلّ عتبة توليد الليزر بزيادة كثافة الثقوب الهوائية، لأن زيادة الثقوب تساعد على اصطياد الضوء بكفاءة أعلى.


الفيزياء التطبيقية: سلوك عشوائي لِلِيزَر
الشكل 1 | جهاز توليد ليزر عشوائي عند منتصف نطاق الأشعة تحت الحمراء بالضخ الكهربي. صنع ليانج وزملاؤه2 مصفوفة من الثقوب المفتوحة للهواء في غشاء شبه موصل فوق ركيزة. وعندما يُطبَّق على هذا الجهاز جهد كهربي خارجي بين قطبين كهربيين من الذهب، تحقن الإلكترونات من القطب الأعلى إلى منطقة التسلسل الكمي النشطة بالغشاء، الذي ينبعث منه الضوء ويضخمه تباعًا. يتشتت ذلك الضوء بواسطة الثقوب الهوائية، قافزًا من ثقب إلى آخر، قبل الإفلات رأسيًّا أو جانبيًّا. وتشتُّت الضوء المتكرر وتداخله يحتجزه مؤقتًا داخل المنطقة النشطة؛ مما يعزز تضخيم الضوء. وعندما يتكافأ تسرب الضوء وامتصاصه بفعل التضخيم؛ يتولد الليزر.



ولخَفْض طول موجة توليد الليزر إلى 10 مايكرومترات، استخدم ليانج وزملاؤه ليزرًا تسلسليًّا كميًّا، وهو أساسًا جهاز يضخِّم الضوء بقوة عند منتصف تحت الحمراء بالضخ الكهربي7. يتكون الغشاء من سلسلة طبقات رقيقة متكررة من أشباه موصلات مُرَكَّبة. وعندما يُطبَّق عليها جهد كهربي خارجي، يكون تمثيل مستويات طاقة الإلكترونات في هذه الطبقات شبيهًا بالسُّلَّم.
وبمجرد أن يكون الإلكترون بأعلى السلم، يبدأ بالتدرج (النزول) إلى أسفل؛ مُطْلِقًا فوتونًا مع كل درجة يهبطها. وتردُّد انبعاث الليزر التسلسلي الكَمِّي يحدده هبوط مستوى الطاقة عند كل درجة، وهو ما يمكن ضبطه بتغيير سُمْك الطبقة.

إنّ ليزر ليانج وزملائه العشوائي التسلسلي الكمي يبعث الآمال في تطبيقات تصوير جديدة.. فكثير من الجزيئات الكيميائية الحيوية لها بصمات طيفية في نطاق منتصف تحت الحمراء، وهي سمة يمكن استخدامها في تطبيقات الاستشعار والتصوير، كما في تعقب آثار الغاز؛ للسيطرة على التلوث والرصد البيئي؛ وتشخيص منظومات الاحتراق؛ والتشخيص الطبي (مثل تحليل الزفير). والسمة الحاسمة لمنظومات الليزر العشوائية هي سهولة ضبط الاتساق المكاني لانبعاث ليزرها8.
والاتساق المكاني يصف الارتباط بين الموجات عند مختلف النقاط في الفضاء: لمعان ضوء الشمس خلال السُّحُب منخفض الاتساق المكاني، بينما ضوء النجوم في سماء الليل له اتساق مكاني مرتفع.
والاتساق المكاني المنخفض مرغوب للتصوير المتوازي، لأن الضوء الذي ينير مختلف المواقع المكانية غير مترابط، وبالتالي يمكن تجنب مؤثرات الاتساق، كالتشويش والبُـقع (أنماط حبيبية عشوائية)9.

ولإنتاج انبعاث منخفض الاتساق المكاني، ينبغي لليزر العشوائي أن تكون له حالات كثيرة (موجات متذبذبة) تولد الليزر تزامنيًّا8، لكن ليزر ليانج وزملائه يدعم عددًا محدودًا فقط من حالات توليد الليزر العشوائي، وبذلك يبقى اتساقه المكاني عاليًا، رغم أن هذا لم يتم قياسه.
والزيادة الإضافية في قوة تشتت الليزر قد تسبب حالاتٍ أكثر لتوليد الليزر، وبهذه الطريقة ينخفض الاتساق المكاني للانبعاث. ولأنّ انبعاث الليزر العشوائي ليس اتجاهيًّا، ينبغي في هذه الحالة تطوير مخطط ذكي؛ لأجل جمع الانبعاث الإجمالي بكفاءة.

وبالنظر إلى المستقبل، هذه الطريقة في إنتاج ليزرات منتصف تحت الحمراء العشوائية يمكن مدّ نطاق تردداتها إلى تتراهيرتز (1210 هيرتز). وفي الواقع، أجهزة الليزر المعروفة بالليزرات التسلسلية الكمية موزَّعة التغذية وشبه الدورية والعاملة في نطاق التتراهيرتز، لم يتم بناؤها إلا منذ ثلاث سنوات10.
ومواد التغليف الشائعة كالورق المقوّى (الكرتون) واللدائن (البلاستيك) شفافة بالنسبة لإشعاع ترددات التتراهيرتز، مما يجعله مفيدًا لتفتيش الصناديق والمغلفات، وضبط الجودة، والاختبارات غير الإتلافية7. إنّ مزيجًا من الاتساق المكاني المنخفض والإشعاع المرتفع سيجعل ليزر التتراهيرتز العشوائي مناسبًا لتطبيقات معينة، كالتفتيش المتوازي عالي السرعة.



References
Maiman, T. H. Nature 187, 493–494 (1960).
Liang, H. K. et al. Adv. Mater. [عزيزى الزائر لايمكنك مشاهده الروابط الا بعد التسجيلللتسجيل اضغط هنا] (2013).
Cao, H. Prog. Opt. 45, 317–370 (2003).
Wiersma, D. S. Nature Phys. 4, 359–367 (2008).
Ambartsumyan, R. V., Basov, N. G., Kryukov, P. G. & Letokhov, V. S. IEEE J. Quantum Electron. 2, 442–446 (1966).
Letokhov, V. S. Sov. Phys. JETP 26, 1246–1251 (1968).
Gmachl, C., Capasso, F., Sivco, D. L. & Cho, A. Y. Rep. Prog. Phys. 64, 1533–1601 (2001).
Redding, B., Choma, M. A. & Cao, H. Opt. Lett. 36, 3404–3406 (2011).
Redding, B., Choma, M. A. & Cao, H. Nature Photon. 6, 355–359 (2012).
Mahler, L. et al. Nature Photon. 4, 165–169 (2010).
[/justify]

ساعد في نشر والارتقاء بنا عبر مشاركة رأيك في الفيس بوك



كلمات البحث

العاب ، برامج ، سيارات ، هاكات ، استايلات








رد مع اقتباس
إضافة رد

مواقع النشر (المفضلة)

الكلمات الدلالية (Tags)
لِلِيزَر, التطبيقية:, الفيزياء, تَسَلْسُلِي, سلوك, عشوائي

أدوات الموضوع
انواع عرض الموضوع

تعليمات المشاركة
لا تستطيع إضافة مواضيع جديدة
لا تستطيع الرد على المواضيع
لا تستطيع إرفاق ملفات
لا تستطيع تعديل مشاركاتك

BB code is متاحة
كود [IMG] متاحة
كود HTML معطلة

الانتقال السريع

Facebook Comments by: ABDU_GO - شركة الإبداع الرقمية

Bookmark and Share


الساعة الآن 11:10 AM.

أقسام المنتدى

لغة الفيزياء | الفيزياء العامة | الفيزياء الحديثة | الفيزياء النووية | المحاضرات عن بعد | تكنو فيز | الوسائط التعليمية | الفيديو العلمي | طرق وأساليب التدريس | الأجهزة التعليمية | البرامج والمواد التعليمية | فيزياء المرحلة الثانوية (نظام المقررات ) | الترجمة | الأخبار العلمية والتكنولوجيا | لغة الأدب | الأدب العربي | الأدب النبطي | لغتنا العربية | الركن الهادئ | لغة الذات | دورات وقراءات | الميديا التنموية | الروحانيات | اسأل طبيبك | استراحة المنتدى | لقاء العائلة | شاركنا أخبارك | التعارف والترحيب بين الأعضاء | منتدى الإدارة | القرارات الإدارية | تواصل مع الإدارة | منتدى الاقتراحات والملاحظات | ريشة فنان | منتدى المواضيع المحذوفة والمكررة | الفيزياء الطبية | مسار محاضرات الفيزياء | مسار محاضرات الفيزياء الجزء الأول (1و2و3) | مسار محاضرات الفيزياء الجزء الثاني (4و5و6) |



Powered by vbulletin
Copyright ©2000 - 2020.


HêĽм √ 3.1 BY: ! ωαнαм ! © 2010

أن المنتدى غير مسئول عما يطرح فيه أفكار وهي تعبر عن آراء كاتبها

This Forum used Arshfny Mod by islam servant

هذا الموقع يستعمل منتجات MARCO1

جميع الحقوق محفوظة لموقع لغة الروح |تصميم المتحدة لخدمات الانترنت