دانلود پایان نامه در مورد نانوذرات و لیزر

اختصاصی از فی لوو دانلود پایان نامه در مورد نانوذرات و لیزر دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

مقدمه:

درسال­های اخیر علوم و فناوری نانو[1] در مرکز توجه محققان قرار گرفته است وسنتز نانو مواد[2]یعنی موادی که حداقل در یک بعد اندازه­ای زیر nm100 داشته باشند به عنوان سنگ بنای این فناوری شناخته می­شود از آنجا که خواص مورد انتظار در نانو مواد مطلوب­تر از مواد متعارف است،جهشی جهانی به سوی پیشرفت در این شاخه نو­ظهور علم وفناوری ودست یابی به روش­هایی ساده­تر و کاربردی­تر برای سنتز نانو مواد رخ داده است.

روش کندوسوز باپالس لیزر[3] که اخیرأ مورد توجه محققان قرار گرفته است در صورت انجام در محیط خلأ یا گاز رقیقموجب ایجاد لایه نازک[4] یا به عبارتی نانو لایه[5] شده و انجام آن در محیط مایع به سنتز نانوذرات می انجامد. مکانیزم اصلی سنتز نانوذرات[6] و نانو لایه ها طی این روش مکانیزم جوانه زنی ورشد است  وبه همین دلیل این روش جزء روش های پایین به بالا در سنتز نانو مواد جای میگیرد.

 نانو ذرات فلزی در محدودi وسیعی از کاربرد ها  می توانند مورد استفاده قرار گیرند اما به علت واکنش پذیری بالا و سنتز آنها  به راحتی و با روشهای رایج امکان پذیر نیست . مهمترین مزیت فرآیند کندوسوز با پالس لیزر در محیط مایع قابلیت سنتز نانوذرات فلزی با خلوص بالا با این روش است .

در سالهای اخیر تحقیقات زیادی بر روی کندوسوز لیزر فلزات مختلف در محیط مایع انجام گرفته است ومتغیر های تأثیر گذار زیادی در این رابطه معرفی شده اند که از آن جمله می توان: طول موج لیزر،شار انرژی لیزر، پهنای پالس لیزر،مدت زمان فرآیند (تعداد پالس های اعمالی)،نوع مایع،جابجا کردن محل پرتو روی سطح هدف و تابش پرتو لیزر به محلول کلوئیدی حاصل در غیاب فلز هدف را نام برد.

اما سنتز نانو ذرات فلزی به روش کندوسوز با پالس لیزر  در محیط مایع به ندرت مورد مطالعه قرار گرفته است

از آنجا که هدف از این پژوهش بررسی پارامترهای مؤثر بر تولید نانو ذرات فلزی به روش کندوسوز لیزری است (چه در محیط مایع چه در محیط خلأ) در نظر گرفتن مایع مناسب به عنوان محیط فرآیند ،گامی مهم است.

تحقیقات انجام شده قبلی بر روی کندوسوز فلزات در آب(مقطر یا دی یونیزه )نشان دهنده آن است که در صورت انجام فرایند در آب  علاوه بر شکل گیری نانوذرات درشت،اکسیداسیون آنها نیز به علت واکنش با اکسیژن محلولدر آن ونیز اکسیژن حاصل از تجزیه حرارتی آب رخ داده ودر عمل به جای نانو ذرات فلزی، نانو ذرات اکسیدی آن فلز به دست می آید. بنابر این بهتر است از محلول های آلی نظیر: اتانول، استون،اتیلن گلیکول،و... استفاده گردد.

در این پایان نامه اثر متغیر های طول موج لیزر،انرژی هر پالس لیزر،نوع مایع و مدت زمان کندوسوز بر خواص نانو ذرات فلزی مورد بحث وبررسی قرار خواهد گرفت. سطح محل کندوسوز مطالعه، ودر مورد آن بحث می شود.

 1-2 )کلیاتی در مورد لیزر

 لیزر این نور شگفت انگیز از نظر ماهیت هیچ تفاوتی با نور عادی ندارد.با این حال،خواص فیزیکی لیزر،آن را از نور های ایجاد شده از سایر منابع متمایز می سازد.دانشمندان از نخستین روزهای پیدایش تکنولوزی لیزر،به خواص مشخصه آن پی برده اند؛ولی ما در ایجا به صورت گزینشی به این خواص می پردازیم ؛خواصی که بستری عظیم برای کاربرد های وسیع این پدیده ،در علوم مختلف مانند صنعت،پزشکی و... ایجاد کرده اند.به جرأت می توان گفت پیشرفت علوم بدون تکنولوژی لیزر امکان پذیر نبوده ونخواهد بود.

واژه لیزر(LASER)از سر کلمه های عبارت

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiatien

گرفته شده که به معنی«تقویت نور به روش گسیل القایی تابش»است .لیزر به وسیله یا دستگاهی گفته می شود که نور را به صورت پرتو هایموازی وبسیار باریکی که طول موج مشخصی دارند ساطع می کنند.در این دستگاه ماده ای که جمع کننده یا فعال کننده نور است،درون محفظه تشدید نور قرار داده می شود.این ماده پرتو نور راکه به وسیله یک منبع انرژی بیرونی (از نوع الکتریسته یا نور)به وجود آمده ،تقویت می کند.از آنجا که این وسیله از اصول اولیه میزر(به جای نور لیزر نور میکرو موج استفاده شده)بود،تا مدتی به آن میزر گفته می شد،ولی نام آن به سرعت به لیزرکه عبارتی ساده تر بود،تبدیل گردید.

روش کار لیزر این گونه است که با تابش یک فوتون به ذره(اتم یا مولکول یا یون)بر انگیخته یک فوتون دیگر نیز آزاد می شود که این دو فوتون ،با هم هم فرکانس هستند،در صورت ادامه این روند وبا افزایش تعداد فوتون ها،باریکه ای از فوتون ها پدید می آید.لیزر ها انواع مختلف وزیادی دارند که بر اساس پارامتر هایی از قبیل نوع محیط فعال(محیطی که عمل لیزر زایی یا به عبارتی تقویت در آنجا انجام می گیرد و می تواند جامد،مایع ویا گاز باشد.)،نوع ساختار و شرایط فیزیکی حاکم برآنها دسته بندی می شوند.

لیزر ها هم می توانند هم به صورت پالسی و هم به صورت پیوسته کار کنند،که این بستگی به هدف وکاربردمان دارد. [1].

 1- 3 )تاریخچه و سیر تحول لیزر

 مبانی نظری لیزر اولین بار در سال 1916 میلادی توسط آلبرت انیشتین طی مقاله ای مطرح گردید.با این حال سالها طول کشید تا صنعت وفناوری ساخت نخستین لیزر فراهم شود.طرح اولیه میزر(لیزر)توسط انشتین داده شده بود ولی این چالز تاونز بود که در سال1953 میزر(تقویت کننده موج میکرو ویو)را اختراع کرد.

به علاوه تاونز سعی کرد در آزمایش های خود،نور مرئی را جایگزین نور فرو سرخ نماید.

بعد ها در سالهای پایانی دهه 50،نشر مقالات علمی در زمینه میزر گسترش یافت،تحقیقات علمی توسط دانشمندان در سراسر جهان افزایش پیدا کرد وبین آزمایشگاههای گوناگون رقابتی جدی در گرفت.

در سال 1960 ،گوردون هولد،دانشجوی دکترای دانشگاه کلمبیا،واژه لیزر را پیشنهاد کرد.در همین سال نخستین لیزر (که با موفقیت کار کرد)توسط تئودور میمن و نخستین لیزر گازی( با استفاده از هلیوم ونئون) توسط علی جوان،فیزیکدان ایرانی، ساخته شد.کارشناسان بخش ارتباطات نیز توانایی لیزر را در جایگزینی ارسال یا مخابره الکتریکی تأئید نمودند. گرچه در ابتدا برای مخابره پالس ها  مشکلات زیادیوجود داشت ولی سر انجام در سال 1960 موفق به مخابره پالس نور شدند وسپس از لیزر استفاده کردند؛البته این کار بدون مشکل هم نبود.متأسفانه به شدت تحت تأثیر شزایط جوی مثل بارندگی،مه،ابر های کم ارتفاع و غیره قرار می گرفت.با پیشرفت روز افزون مکانیک کوانتومی وجنبه های ذره ای نور وتولید آینه های با توان بالا،دانشمندان،لیزر هایی را با توان خروجی بهتر(لیزر های توان بالا)و همدوسی بالاتر ساختند.

بعد از اختراع لیزر دی اکسید کربن در سال 1964 ،کاربرد لیزر در زمینه های پزشکی توسعه بسیار یافت و این امکان را برای جراحان فراهم نمود تا به جای استفاده از چاقو های جراحی از فوتون استفاده نمایند.به طوری که امروز بسیاری از اعمال جراحی توسط لیزر صورت میگیرد.خلاصه اینکه،کاربرد لیزر در زندگی امروز بشر در تمامی زمینه ها،صنعتی،پزشکی،ساختمانی،نظامی و... فراوان و به راحتی قابل مشاهده است.

 1- 4 )عناصر اساسی لیزر:

 لیزر ها سه قسمت اصلی دارند:1)پمپ انرژی یا چشمه انرژی یا دمنده،2)ماده پایه یا فعال یا محیط تقویت کننده،و3)مشدد کنده اپتیکی یا کاواک اپتیکی یا تشدید گر. که به توضیح مختصری راجع به آنها می پردازیم.

1-4-1)پمپ انرژی یا چشمه انرژی یا دمنده:دمنده،یک چشمه انرژی خارجی است که وارونی جمعیت را در محیط لیزری به وجود می آورد.تقویت موج نورتنها در یک محیط لیزری که در آن وارونی جمعیت بین دو تراز انرژی وجود داشته باشد روی می دهد.(برای اینکه لیزر کار کند لازم است تعداد اتم های N2 در تراز انرژی E2از تعداد اتم های N1 در تراز انرژی E1 بیشتر باشند،این وضعیت را وارونی جمعیت می نامند.) وارونی جمعیت و گسیل القایی با هم در محیط لیزری باعث تقویت نور می شوند.در غیر این صورت موج نور عبور کننده از محیط لیزری تضعیف خواهند شد.

به فرایندی که در آن اتم ها از تراز 1 به تراز 3 (برای لیزر 3 ترازی)یا از تراز صفر به تراز 3(برای لیزر 4 ترازی)می روند،فرایند دمش یا پمپ کردن می گویند،دمنده ها می توانند از نوع اپتیکی،الکتریکی،شیمیایی یا گرمایی باشند.

1-4-1-1)دمش اپتیکی:در این نوع دمش،نور به وسیله ماده فعال جذب می شود و در نتیجه اتمها به تراز بالاتر دمیده می شوند.این روش مخصوصأ برای لیزر های حالت جامد (یاقوت یا نئودیمم)و لیزر های مایع (رزینه ای)مناسب است (شکل 1-1 ) .

 شکل1-1 یک نمای شماتیک از لیزرهای حالت جامد

 در جامدات و مایعات ،سازو کارهای پهن شدگی خط ،پهن شدگی قابل ملاحظه ای را ایجاد می کنند.به طوری که برای این گونه مواد به جای تراز های دمش ،با نوار های دمش سر وکار داریم. در شکل 1-2 تراز ها ونوار های انرژی نشان داده شده اند. این نوار ها (که اغلب نوار های پهنی هستند) می توانند بخش قابل ملاحظه ای از نور گسیل شده توسط لامپ دمش را جذب کنند.

[1]Nano science and Nanotechnology

[2]nano materials

[3]Palse laser Ablation

[4]Thin film

[5]Nano Layer

[6]nano Particles

تعداد صفحات پایان نامه:91

فرمت پایان نامه: ورد و قابل ویرایش

طرح راسو برای برش لیزر

اختصاصی از فی لوو طرح راسو برای برش لیزر دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

طرح راسو برای برش لیزر

{در فرمت DXF}

در اندازه های مخطلف

توجه: در صورت نیازبه فرمت خاصی , کافیست درخواست نمایید.

دانلودمقاله لیزر

اختصاصی از فی لوو دانلودمقاله لیزر دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

مقدمه
«اقرا بسم ربک الذی خلق» بخوان به نام پروردگارت که تو را آفرید.
خدایا اولین سخن تو با پیامبرت خواندن بود. توخیر بندﻩات را در دانشمند بودن او میﺩانی. پس خدایا شناخت علوم بر ما آسان ساز. یعنی شناختن و دانستن چیزی همان طور که هست واین از صفات خداوند است. از آغاز آفرینش انسان تاکنون میلیونﻫا سال میگذرد. در این سالها انسان شاهد تغییرات زیادی در محیط پیرامونش بودهﺍست. تمامی این تغییرات ناشی از قدرت عقل و قوﻩی اراده و تصمیمگیری اوست.اما امروزه شاهد پیشرفتﻫای شگرفی در علوم مختلف از جمله پزشک، شیمی، زیستشناسی، ارتباطات و... هستیم که بسیاری از این پیشترفتﻫا را مدیون اختراع پرتویی شگفتﺍنگیز به نام لیزر میﺩانیم.
لیزر یا به اصطلاح نور باشکوه نوع کامﻸ جدیدی از نور است که بسیاری از آرزوﻫای رویاگونهﻯ بشر را جامهﻯ عمل پوشاندهﺍست، به طوری درخشانتر از هر چه که در طبیعت یافت میشود. با لیزر میتوان عجایبی به بار آورد و هر مادهﻯ شناخته شده روی زمین را در کسری از ثانیه بخار کرد.
لیزرها آن چنان قدرتمند هستند که میتوانند فرﺁیند همﺠوشی هستهﺍی را ایجاد نمایند همان فرﺁیندی که در خورشید صورت میگیرد که برای به وجود آمدن آن گرمایی بالغ بر K10 نیاز است.
امروزه لیزرﻫا کاربردﻫای وسیعی در علوم مختلف از جمله: صنعت، پزشکی، کشاورزی، ساختمان سازی، هولوگرافی، شیمی، زیست شناسی و ارتباطات یافتهﺍند.
هدف ما از انجام چنین تحقیقی آشنایی بیشتر با لیزر و کاربردﻫای آن ﺍست تا بتوانیم علت اصلی پیشرفتﻫای بشر را در بسیاری از زمینهﻫای علمی و تحقیقی دریابیم و از آنﻫا در جهت پیشرفتﻫای جدیدی برای کشورمان وتمام جهانیان استفاده کنیم.

فصل اول:
لیزر

ماهیت نور
اسحاق نیوتن در سال 1672 برای اولین بار نظریهﻯ ذرهﺍی بودن نور را بیان کرد و انیشتین نیز با انجام آزمایش فوتوالکتریک نظریهﻯ نیوتن را ﺗﺄیید کرد. نیوتن هم چنین با عبور دادن نور از منشور توانست نور را تجزیه کند.
نور خود یک موج الکترومغناطیسی است و میﺩانیم که موج دارای 3 مشخصهﻯ اصلی: بسامد، دوره و طول موج است. طول موج یکی از مهمترین مشخصهﻫای موج است که با انرژی رابطهﻯ عکس دارد. بنابراین موجﻫای مختلف را میتوان به صورت طیف موجﻫای الکترومغناطیسی نمایش داد.
کریستین هویکینس، فیزیکﺩان هندی برای اولین بار توانست به کمک پخش، بازتاب و شکست نور، ماهیت موجی بودن نور را بیان کند و توماس یانگ با آزمایش پراش نور آن را ثابت کرد.
لیزر در واقع نوعی نور است و با توجه به محیط فعالش در قسمتﻫای مختلف طیف موجﻫای الکترومغناطیسی قرار میگیرد.

تاریخچهﻯ پیدایش لیزر
در سال 1917 میلادی انیشتین تحقیقی را بر روی نظریهﻯ نور و تشعشع آغاز کرد. در پیﺁمد این تحقیقات، انیشتین در مقالهﻯ علمی خود «در نظریهﻯ کوانتومی تشعشع» چگونگی تحریک شدن اتمﻫا و آزاد کردن نور از آنﻫا را شرح داد که در قسمتﻫای بعدی به تشریح کامل آن میﭘردازیم.
بعد از انیشتین، تاونز به در خواست نیروی دریایی آمریکا برای ساخت وسیلهﺍی که بتواند بسامد بالای میکروموج، جهت استفاده در ارتباطات تهیه کند، مشغول به تحقیق در مورد گسیل القایی شد. وی سرانجام در سال1935 با استفاده از ماده فعال آمونیاک توانست میزر را تولید کند. تاونز پس از اختراع میزر که اولین کاربرد عملی اصول انیشتین در مورد گسیل القایی بود به فکر ساخت دستگاهی بود که بتواند طول موجﻫای کوتاهتری نسبت به میکروموج داشته باشد.
سرانجام در سال 1959 دکتر تئودور مایمن فکر تاونز را به نتیجه رسانید و اولین لیزر راساخت. مایمن با قرار دادن میلهﺍی از یاقوت مصنوعی درون شیشهﺍی مار پیچی که دو انتهای میله صیقل داده شده بود، توانست لیزر را تولید کند.
پس از دو سال آقای علی جوان، دانشمند ایرانی برای نخستین بار لیزر گازی هلیوم-نئون (He-Ne) را ساخت. اما به طور کلی علت اصلی مشغول شدن فکر دانشمندان به تولید لیزر، ساخت وسیلهﺍی بود که بتواند نور همدوس تولید کند.
لازم به ذکر است، تفاوت اصلی «میزر» و «لیزر» که هردو کوتاه شده عباراتی به معانی «تحریک میکروموج با تابش گسیل القایی» و«تقویت نور با تابش گسیل القایی» هستند، در طول موجشان است و طول موج میزر بلندتر از طول موج لیزر است. با توجه به این که طول موج با انرژی رابطه عکس دارد، پس میتوانیم دریابیم که انرژی میزر از انرژی لیزر کمتر است.
در ضمن امروزه لیزرها گسترش بسیار زیادی یافتهﺍند و با پیشرفت روز افزون مکانیک کوانتومی و جنبهﻫای ذرهﺍی نور و تولید آینهﻫایی با توان بالا، دانشمندان لیزرهایی با توان خروجی بهتر (لیزرهای توان بالا) ساختهﺍند.

گسیل خود به خود
هر اتم از سه قسمت الکترون، پروتون و نوترون تشکیل شدهﺍست که علت اصلی ایجاد لیزر، جابهﺠایی الکترونﻫا بین لایهﻫای الکترونی است که همﺍکنون به تشریح کامل آن میﭘردازیم.
همانطور که میدانیم الکترون در اتم بر روی مداری که از نظر انرژی مشخص شدهﺍست، در گردشﺍند. حال فرض کنیم که الکترونی به طریقی، مﺜﻸ به وسیلهﻯ تحریک الکتریکی به ترازی با انرژی زیادتر انتقال داده شده باشد. بدیهی است که این الکترون تمایل دارد که به مدار پایینتر، یعنی مداری که انرژی آن کمتر است، فروﺍفتد. در این فروﺍفت، الکترون مقداری از انرژی خود را به صورت انرژی الکترومغناطیسی از دست میﺩهد.
میﺩانیم که اگر E2 و E1 به ترتیب انرژی مربوط به ترازهای با انرژی پایینتر اتم باشد، فرکانس نور گسیل شده از رابطه E2-E1=hu0 به دست میﺁید. این فرآیند را گسیل خود به خود (گسیل تابشی) میگویند. نوری که برای روشنایی منازل از آن استفاده میکنیم، یا نوری که از خورشید به ما میﺮسد و یا چراغﻫای نئونی که برای تزیین سردرهای فروشگاهﻫا به چشم میﺨورد، همگی حاصل تابش خود به خود است.
حال اگر بخواهیم الکترونی را در یک اتم از تراز پایینتر (انرژی کمتر) به تراز بالاتر (انرژی بیشتر) انتقال دهیم، باید مقداری معین انرژی صرف کنیم. یعنی از نظر مقدار، درست برابر با همان انرژی است که الکترون در صورتی که از مدار بالاتر به مدار پایینتر سقوط میکرد باید پس میﺩاد. این فرآیند را جذب میگویند. پس باید در ابتدا عمل جذب صورت گیرد تا منجر به گسیل خود به خود شود.

جذب

گسیل
خود به خود

گسیل القایی
تابش فرآیندی است که طی آن گرما میتواند انتقال یابد. توان تابیده به ضریب گسیل Σ بستگی دارد که تابش را به خوبی جذب مﻰکند و جسمی که سطحش صاف و کامﻸ سیاه باشد ( یعنی جذب کنندهﻯ کامل باشد) گسیلندهﻯ کامل نیز هست که ضریب گسیل آن 1=Σ است وقتی جسمی گرم شود، هم شدیدتر تابش میکند و هم رنگش عوض میشود، مانند دستهﻯ لامپ التهابی. البته شدت این تابش به طول موج دما بستگی دارد. پلانک سعی کرد فرمولی برای این موضوع بیان کند. از این رو این نظریه به نظریه پلانک است.
انیشتین با استفاده از نظریهﻯ تابش جسم سیاه توانست اثبات کند، علاوه بر تابش خود به خود تابش القایی نیز فوتون تولید میکند. شرح آن به صورت زیر است:
وقتی یک الکترون در تراز بالا قرار دارد، با برخورد به یک فوتون دیگر، مجبور به واکنش با آن فوتون و سقوط به تراز انرژی پایینتر میشود در اینجا فوتون القاکننده به حرکت خود ادامه میﺩهد و فوتون القاشونده در اثر رها شدن انرزی الکترون به دست میﺁید. فوتون اول (القاکننده) و فوتون دوم (القاشونده) هر دو همﻔاز و همراه هستند. به این پدیده گسیل القایی میگوییم. زیرا یک فوتون تولید، یک فوتون دیگر را بر میﺍنگیزد.
در لیزر نور از طریق گسیل القایی ایجاد میشود. در ضمن واژهﻯ لیزر به خاطر همین فرآیند انتخاب شده است، یعنی از به هم پیوستن حروف اول عبارتی انگلیسی¹ به معنای تقویت نور به وسیلهﻯ تابش گسیل القایی.
از تفاوت گسیل القایی و خود به خود میتوانیم تا حدودی به خصوصیات لیزر پی ببریم:
1. در گسیل خود به خود فوتونﻫا همﻔاز نیستند، در حالی که در گسیل القایی همهﻯ فوتونﻫا در یک جهت منتشر میشوند.
2. نور حاصل از گسیل خود به خود ناﻫمدوس و نور حاصل از گسیل القایی همدوس است.

گسیل القایی

لیزر چگونه تولید می شود؟
هر لیزر قسمتﻫای اساسی و مشخصی دارد که به شرح زیر است:
1- چشمهﻯ انرژی: اغلب به صورت الکتریسیته است اما به جای آن میتوان از نور معمولی، واکنش شیمیایی یا حتی لیزر دیگر بهره برد. یکی از متداولترین منابع انرژی به کار رفته در لیزرها لامپ درخش است. این لامپ شبیه لامپ درخش (فلاش) دوربین ولی خیلی قویتر از آن است. لامپ درخش باید اتمﻫا یا مولکولﻫا را به گونهﺍی سریعتر از آنکه بتوانند با گسیل عادی به حالت پایین برود، در یک حالت برﺍنگیخته بگذارد.
2- محیط فعال: محیط فعال مجموعهﺍی از اتمﻫا، مولکولﻫا یا یونﻫاست که بتواند انرژی را جذب و آزاد کند. این محیط فعال میتواند مثل یاقوت یا بلورهای دیگر جامد یا مثل رنگینهﻫا مایع و یا مثل گاز CO2 باشد. باریکهﻯ لیزر فقط در محیط فعال تولید میشود. مادﻩﻯ فعال در واقع قلب دستگاه لیزر را تشکیل میﺩهد . در تعریف دیگر میتوان گفت محیطی که بتوان در آن وارونگی جمعیت ایجاد کرد، محیط فعال نام دارد.
3- ساز و کار پسخوراند : از دو سطح بازتابنده مثل آینه تشکیل شده است که در دو انتهای محیط فعال (مثل سطح تخت وصیقل داده شدﻩﻯ یاقوت مصنوعی در لیزر مایمن) قرار میگیرد که یکی از آینهﻫا به نام "خفتگر" خروجی بازتابنده جزئی است. آینهﻫای لیزر با دقت زیادی ساخته میشود. مادهﻯ به کار رفته برای ساخت آینهﻫای دارای بازتابندگی بسیار زیاد باید در ﺨﻸ تبخیر شوند و به صورت لایهﻫای بسیار نازکی به ضخامتی که ممکن است کمتر از 00002/0 سانتی متر باشد، در روی صفحهﻫای شیشهﺍی صیقلی رسوب کند. صفحهﻫای شیشهﺍی که زیرانید نامیده میشوند به قدری تختند که هیچ فرورفتگی یا برآمدگی به عمق بزرگتر از 000005/0 سانتی متر ندارد.
برای انجام عمل لیزر چندین مرحله باید صورت بگیرد. اما برای ایجاد لیزر نیازمند شرایط مخصوصی هستیم که یکی از مهمترین آنﻫا ایجاد وارونگی جمعیت به وﺴیلهﻯ پمپاژ میﺒاشد که در زیر به تشریح کامل آن میﭘردازیم.
انتقال انرژی بستگی به سطوح انرژی دارد. اگر تعداد الکترونﻫا در تراز پایین بیشتر از تراز بالا باشد عمل جذب و اگر بر عکس باشد (یعنی تراز بالا دارای جمعیت بیشتری باشد) عمل گسیل القایی انجام میشود. تحت شرایطی بالاخص در ترمودینامیکی تعداد الکترونﻫا با بالا رفتن سطح انرژی کم میشود. در صورتی که N1 را تعداد اتمﻫا در تراز پایین و N2 را تعداد مولکولﻫا در تراز بالا بنامیم، بنابراین N2<N1 میشود عمل جذب نور اتفاق میﺍفتد. اما برای ایجاد گسیل القایی باید سطوح دارای انرژی بالاتر الکترونﻫای بیشتری داشته باشند و2>N1 N باشد. وقتی چنین شرایطی ایجاد شود میگوییم وارونگی جمعیت رخ داده است.
برای آنکه بتوانیم اتمﻫا را از تراز پایینتر به تراز بالاتر بفرستیم احتیاج به یک منبع تحریک داریم و به فرآیندی که بدان وسیله اتمﻫا به تراز تحریکی انتقال داده میشوند پمپاژ (دمش) میگویند. در لیزرهای جامد (نظیر یاقوت و یا نئودیمیئوم یاگ) از لامپﻫای درخش که در زمانی حدود چند صد میلیونیم ثانیه فعال میشوند استفاده میکنند. این روش را پمپاژ اپتیکی میگویند.
در لیزرهای گازی توسط یک منبع الکتریکی خارجی عمل پمپاژ را پمپاژ الکتریکی میگویند که علت اصلی کاربرد آن در لیزرهای گازی تبدیل گاز به پلاسما به وﺴیلهﻯ تخلیهﻯ الکتریکی است.
دو نوع پمپاژ اصلی داریم:1- پمپاژ ذرهﺍی 2- پمپاژ پیوسته
که تفاوت آنﻫا به شرح زیر است:
• در پمپاژ لحظهﺍی عمل پمپاژ به صورت بخشﻫایی انجام میشود اما در پمپاژ مستمر عمل پمپاژ به صورت همیشگی و مستمر است.
• در پمپاژ ضربهﺍی نیازی به سرد کردن دستگاه نیست در حالی که در پمپاژ مستمر نیاز است.
• در پمپاژ ضربهﺍی پالسﻫای ایجاد شده به صورت زنجیره است.
• قدرت لیزر در پمپاژ ضربهﺍی نسبت به پمپاژ مستمر بسیار بیشتر است. مثلا˝میتوان لیزری به توان 10¹² را در عرض 10ˉ¹¹ تا10ˉ¹² ثانیه ایجاد کرد.
حال با توجه به مواد گفته شده میتوان اصول کار لیزر را توضیح داد.
مادﻩﻯ فعال هر چه که باشد در بین دو آینهﻯ نقرهﺍندود و نیمه نقرهﺍندود که به ترتیب آینهﻯ 100% و %80 گفته میشود قرار میگیرد. سپس عمل پمپاژ انجام شده و الکترونﻫا به تراز انرژی بالاتر میﺮوند تا در هنگام بازگشت به حالت پایه فوتون گسیل شود و این فوتونﻫا با الکترونﻫای در تراز بالا برخورد کرده و عمل گسیل القایی صورت میگیرد. این فوتونﻫا با هم حرکت کرده و در هر جابهﺠایی میان آینهﻫا تعداد آنﻫا دو برابر میشود. فوتونﻫﺍ در اثر برخورد با آینهﻯ 100% به طور کامل باز میگردند اما در اثر برخورد با آینهﻯ 80% تنها %80 فوتونﻫا باز میگردد و %20 دیگر از دستگاه خارج می شود که در واقع همان نور لیزری است که ما میﺒینیم.
نگهﺩارهای مکانیکی بسیار دقیقی برای ثابت نگهداشتن آینهﻫا و میلهﻯ لیزر لازم است تا گسیل القایی را دقیقاً در امتداد میلهﻯ لیزر برگرداند. اگر فوتونﻫا روی خودشان بازتاب نیابند، لیزر کار نخواهد کرد.
همهﻯ فرآیندهای نوری از جمله ایجاد بلورهای میلهﻯ لیزر، ساخت آینهﻫا و صیقل دادن دو انتهای میلهﻯ لیزر باید در شرایط کاملا عاری از آلودگی انجام شود. در این موارد از اتاقﻫای خاصی به نام اتاق تمیز استفاده میشود که هیچ گرد و خاک و رطوبت ندارد به ویژه هنگام ساخت بلورهای لیزر پرهیز کردن از آلودگی مهم است، زیرا مقدار بسیار کمی از ناخالصی میتواند کارکرد لیزر را متوقف کند.
برای کاربردهای مختلف از لیزر ناچاریم که خروجی آن را کنترل کنیم. مثلا˝ متمرکز کردن پرتو روی فلزها، انحراف دادن باریکه، ساختن تپ لیزری .
تغییر به دو طریق انجام میشود:
لازم به ذکر است که خروجی لیزر به دو عامل محیط فعال و کاواک وابسته است. برای مثال برای جهت داشتن یک لیزر از نوع گازی باید فشار گاز را افزایش دهیم.
لیزرها را برحسب محیط فعالشان نامگذاری میکنند. مثلا˝ در لیزر رودامین که مایع رنگینهﻯ فلوئورسانسی است به عنوان مادﻩﻯ فعال استفاده میشود یا در لیزر نیمه ﺮسانا یا دیودی از بلورها که بخش کوچکی از وسایل الکترونی را تشکیل میﺩهند، به عنوان مادﻩﻯ فعال استفاده میکنند.

ویژگیﻫای نور لیزر
1- نور لیزرها طول موج یکسانی دارد. به همین دلیل به آن نور خالص میگویند. امواج نوری لیزر هم زمان با هم گام برمیﺩارند و همﻔاز هستند و ﻘله هر موج با ﻘلهﻯ موج دیگر یکی است. از این جهت، به نور لیزر همدوس میگویند.
2-به علت یکسان بودن طول موج یا بسامد، نور لیزر هنگام عبور از منشور تجزیه نمیشود و به صورت باریکهﻯ کوچکی خارج میشوند. (به همان صورت که داخل شده است)
3- جهتمندی از خصوصیات دیگر نور لیزر است. نور لیزر چنانچه در محیط جذب نشود میتواند فواصل زیادی را طی کند بدون آنکه در واگرایی آن تغییر زیادی ایجاد شود.
4- درخشانی یا روشنایی نور لیزر میلیونﻫا بار بزرگتر از چشمهﻫای دیگر مثل خورشید است.علت این امر آن است که نور لیزر همدوس (تکفام) است و در یک جهت حرکت میکند.
5- چون انرژی ورودی را در لیزر میتوان کنترل نمود، انرژی خروجی نیز به دنبال آن تغییر می یابد بنابراین اگر برانگیختگی لیزر با پالسﻫای کوچک انجام شود، لیزر با پالسﻫای کوچک تولید خواهد شد.
6- موجﻫا دارای رنگ یکسانی هستند و به اصطلاح تکﺮنگ میﺒاشند.

سوئیچ Q:
استفاده از تکنیک سوئیچ Q ایجاد تپﻫای لیزر با مدت کم (10 تا 30ns) و در نتیجه قله توان بسیار میﺳازد. اصول تکنیک به قرار زیر است. فرض شود که یک بستاور در داخل کاواک لیزری قرار داده شده باشد، اگر بستاور در بسته شود عمل لیزر صورت نخواهد گرفت (تلف کاواک بسیار زیاد است). ولی اکنون اگر به طور ناگهانی بستاور باز شود بهره لیزر بسیار زیادتر از تلفات شده و انرژی ذخیره شده به صورت تپی نورانی و سریع رها خواهد شد، چون تکنیک متضمن انتقال سازه Q کاواک از مقدار خیلی پایین به مقدار خیلی بالاست لذا به نام سوئیچ Q معروف است. اگر بستاور در مدت زمان کوتاهی (در مقایسه با زمان ایجاد پالس) باز شود سوئیچ Q را سریع میگویند و خروجی لیزر به صورت تک تپ خواهد بود ولی چنانچه سوئیچ Q آهسته باشد تپﻫای متعددی را در خروجی لیزر میتوان انتظار داشت.

انواع لیزرها
نوع لیزر از روی حفره لیزر (Laser cavity) مشخص میشود و نشان دهنده توزیع توان لیزر در منطقه میﺒاشد.
1- لیزرهای جامد: بلورهای جامدی که در فرآیند لیزری مورد استفاده قرار میگیرند باید شرایط زیر را داشته باشند:
• شفاف باشند تا اولا˝ نور بتواند برای برانگیزش محیط فعال وارد آن شود، ثانیا˝خود باریکهﻯ لیزر بتواند از آن عبور کند.
• اتمﻫای محیط فعال باید بتوانند طول موجﻫای مورد نظر را به وجود بیاورند.
• باید دارای مقداری ناخالصی باشند که در بلور خالص آن وجود ندارد. بلور خالص مادﻩﻯ میزبان و فرآیند افزودن ناخالصی آلاشی نام دارد. مثلا˝ در لیزر یاقوت مادﻩﻯ میزبان اکسید آلومینیوم و مادﻩﻯ آلاینده یا ناخالصی اسید کروم است.
اولین لیزر جامد به وسیلهﻯ دکتر مایمن کشف شد که محیط فعال آن میلهﺍی از بلور یاقوت مصنوعی است.
یک نوع لیزر جامدی که امروز کاربرد تجاری زیادی دارد، لیزر استریم آلومینیوم گارنت یا لیزر یاگ با ناخالصی نئودیم است.
از طرفی لیزرهای جامد بازدﻩﻯ زیادی ندارند و مانند لیزرهای گازی نمیتوانند باریکهﻯ نوری پیوﺴتهﺍی ایجاد کنند ولی در عوض میتوانند تپﻫای فوقﺍلعاده قدرتمندی از نور لیزر ایجاد کنند.
لیزرهای حالت جامد در کاربردهای پرتوان مانند جوشکاری و برشکاری و همچنین دستگاهﻫای دیواری فروسرخ و پژوهشﻫای علمی متداولﺍند.

طول موج لیزر عنصر فعال
نانومتر 1610 اربیم
نانومتر 610 اروپیم
نانومتر 2050 هولیم
نانومتر 1060 نئودیم
نانومتر 710 ساماریم
نانومتر 1120 تولیم
نانومتر 1020 ایتریم

2- لیزرهای گازی: یکی از رایجترین لیزرهای گازی، لیزر هلیم- نئون است. میزان گاز هلیم ده برابر گاز نئون است و باریکهﻯ لیزری توسط اتمﻫای نئون ایجاد میشود. این لیزر تپﻫای قدرتمندی ایجاد نمیکند ولی میتواند باریکهﻯ لیزری پیوسته تولید نماید. باریکهﻯ پیوسته همدوس کامل است و با دقت بالایی می توان آن را کنترل کرد. در ضمن اندازﻩﻯ این لیزر کوچک و ارزانتر است به همین دلیل در مخابرات، مدارس، آزمایشگاهﻫا، صنایع ساختمانی و نمایشﻫای هنری به کار میﺮود.
در لیزرهای گازی از دمش الکتریکی برای ایجاد عمل پمپاژ استفاده میکنند که نتیجهﻯ آن به وجود آمدن پلاسما است. برای ایجاد پلاسما عملی کاملا شبیه ایجاد پرتو کاتدی در لولهﻯ پرتوی کاتدی انجام میشود. وقتی جریان الکتریکی با ولتاژ بالا اعمال میشود، الکترونﻫای آزاد و یونﻫا ایجاد میشوند که مکانیسم تحریکی آن به شرح زیر است که X و X* به ترتیب مربوط به اتم در حالت پایه و در حالت برانگیخته است. E + X = X* = ∆E
لیزرهای گازی اصولا مخلوطی از چند گاز است که شرح کار آن به صورت زیر میﺒاشد:
فرض میکنیم دو گاز A و B داریم. الکترونﻫای A انرژی دریافت کرده و به تراز بالاتر رفته اند. انرژی الکترونﻫای اتم A به اتم B (در حالی که در حالت تحریکی نیمه پایدار باشد) انتقال یافته و عمل لیزری انجام میشود که مکانیسم آن به شرح زیر است:A*+ B = A + B* + ∆E از گفتهﻫای بالا میتوان نتیجه گرفت که الکترونﻫا در تخلیهﻯ الکتریکی نقش اساسی دارند که انرژی خود را طی 3 فرآیند زیر از دست میﺩهند:
الف) برخورد غیر الاستیک با اتمﻫا که موجب تحریک اتمﻫا و یونیزه شدن آنﻫا میشود.
ب) برخورد الاستیک با اتم
پ) برخورد الکترون با الکترون

3- لیزرهای مایع: لیزرهایی که از مایعات به عنوان محیط فعال استفاده میکنند این مزیت را دارند که از گازها متراکمترند و مایعات را میتوان به گردش انداخت و خنک کرد. در ضمن به علت استفاده از رنگینهها که در مایع حلالی مثل الکل یا اتیلن گلوکول (ضد یخ) حل میشوند میتوان آن را تنظیم کرد. در این نوع لیزرها چشمهﻯ انرژی معمولا˝ لامپ درخشی یا یک لیزر دیگر است.
لیزر رودامین 6G نمونهﺍی از لیزرهای رنگینهﻯ مایع است که وقتی نور برآن میتابد فلوئورسانس میشود. از لیزر یونی آرگون یا کریپتون میتوان به عنوان چشمهﻯ انرژی استفاده کرد.
از جمله استفادهﻫایی که از این لیزرهای رنگینهﺍی می شود عبارتند از:
• به علت گسیل تپﻫایی از نور لیزر خیلی کوتاه میتوان از آن برای بررسی واکنشﻫای شیمیایی در طبیعت بهره برد. درست مثل اینکه حرکت موکولﻫا بر فیلم نمایش داده شود.
• استفاده از لیزرهای رنگینهﺍی در طیفنمایی و بررسی فرآیندهای فیزیکی و ترازهای انرژی داخل اتمﻫا و مولکولﻫا.

4- لیزرهای نیم رسانا: با نیم رسانا میتوان لیزرهایی به کوچکی دانهﻫای نمک ساخت. در این نوع لیزر که لیزر دیود هم خوانده میشود، از الکتریسیته به عنوان چشمهﻯ انرژی استفاده میشود. در لیزر نیم رسانا دو نوع ماده نیم رسانا با خواصی کنار هم قرار میگیرند تا یک پیوندگاه تشکیل شود. یک ماده با اتمﻫای باردار منفی آلاییده میشود که نوع nنام دارد و ماده دﻴگر با اتمﻫای باردار مثبت آلاییده میشود که نوع p نام دارد.
لیرزهای نیم رسانا را بر حسب خروجی آنﻫا به دو دستهﻯ لیزرهای تپی و لیزرهای پیوسته کار تقسیم میکنند و غالبا˝ لیزرهای توان بالا از نوع تپی (پالسی) هستند.
5- لیزرهای رزینهﺍی: مواد آلی دارای خاصیت گسیل تحریکی هستند از این رو در بعضی لیزرها میتوان از آنﻫا به عنوان محیط فعال استفاده کرد. در لیزرهای رزینهﺍی از مواد آلی رنگین به عنوان مادهﻯ فعال استفاده میشود. مواد آلی رنگین موادی هستند که دارای جذب در موجﻫای نزدیک فرابنفش، مرئی و فروسرخ باشند. از این تعریف میتوان به یک خصوصیت ممتاز لیزرهای رزینهﺍی نسبت به دیگر لیزرها پی برد. از این لیزر میتوان در مطالعات شیمیایی جداسازی ایزوتوپﻫا، اسپروسکوپی، تعیین آلودگی هوا و استفاده از امور بیولوژیکی و پزشکی بهره برد.

6- لیزر رنگینهﺍی: منبع انرژی لیزر رنگینهﺍی میتواند لامپ درخش یا یک لیزر دیگر باشد. در حالت اول از یک لامپ درخش خطی در درون یک محفظهﻯ بیضی که رنگینهﻯ لیزر در آن جریان میﻴابد استفاده میشود. لامپﻫای درخش پالسیﺍند. به گونهﺍی که میتوانند نور کافی برای تحریک مولکولﻫای رنگینه را بیرون دهند. از طرفی از لیزر دیگری به نام لیزر دمش نیز میتوان برای تحریک رنگینه استفاده کرد. این لیزر معمولا لیزر نیتروژنی پالسی یا لیزر یون آرگون پیوسته است. هنگامی که از لیزر یون آرگون پیوسته استفاده میشود، محلول رنگینه به سرعت از یک شیار جریان میﻴابد تا ورقهﻯ نازکی از رنگینه به ضخامت کمتر از 02/0 سانتی متر به دست آید. باریکهﻯ لیزر دمش در نقطهﺍی به اندازهﻯ 003/0 سانتی متر در نوارهﻯ رنگینه متمرکز میشود و بعضی از آینهﻫای لیزر انحنا میﻴابند تا باریکهﻯ لیزر رنگینهﺍی را با همان اندازه متمرکز کنند. این نوع لیزر میتواند پالسﻫای بسیار کوتاهی ایجاد کند که دانشمندان از آنﻫﺍ برای بررسی پدیدهﻫای بسیار سریع در طبیعت استفاده میکنند. لیزرهای رنگینهﺍی به اندازهﻯ لیزرهای حالت جامد یا لیزرهای گازی از نظر انرژی موثر نیستند، به گونهﺍی که نمیتوانند توانﻫای خروجی میانگین به آن زیادی ایجاد کنند. با وجود این تنظیم پذیریشان آنﻫا را برای بسیاری از کاربردﻫای لیزر ضروری ساخته است.

7- لیزرﻫای اکسایمر: لیزرهای اکسایمر یکی از انواع لیزرهای گازی است که به عنوان پرتوانترین چشمهﻫای نور همدوس (لیزری) در ناحیهﻯ ماورابنفش محسوب میشود. مخلوط گاز آن شامل یک یا چند نوع گاز نادر و یک هالوژن دهنده که متداولترین آنﻫا HCl و NF3 و F2 میﺒاشند. دمش این لیزرها با استفاده از تخلیهﻯ الکتریکی پالسی یا بارگیری الکترونی پالسی و یا فرکانس رادیویی امکان پذیر است. این لیزرها قابلیت عملکرد با آهنگ تکرار پالس بالا را دارا هستند. آنﻫﺍ قابلیت کانونی شدن در نقاط بسیار کوچک و نیز تولید پالسیﻫای بسیار کوتاه با قله توان بالا و بازدهی نسبتاٴ خوب این لیزرها را کاربردپذیر ساخته است.

8- اصول لیزر الکترون آزاد با همه لیزرهایی که تاکنون ملاحظه کردیم کاملا متفاوت است. منبع انرژی اصلی پرتوهای الکترونی نسبی است. (یعنی الکترونﻫایی که با سرعت خیلی نزدیک به سرعت نور حرکت میکنند.)

9- لیزر بخار مس از مدتﻫا قبل شناخته شده است لیکن اهمیت اخیر آن به دلیل پیشرفتﻫایی است که در توان خروجی و در زمان عمر آن حاصل شده است. مادهﻯ فعال آن بخار مس است و برای به دست آوردن غلظت کافی مس در لولهﻯ تخلیه لازم است در دمای خیلی بالا نگه داشته شود.

10- لیزرهای اکسید کربن از مهمترین لیزرها در نوع خود میﺒاشند و از نظر کاربردهای منفی میتوان آن را در زمرهﻯ مهمترین لیزرها قرار داد. این لیزر با کارایی بالا (تا 30%) و توان بسیار زیاد و توان خروجی پیوسته حدود چندین کیلووات ساخته شده است. کاربردهایی از قبیل جوشکاری و برش استیل، الگوبرداری، نظامی و جوش هستهﺍی برای لیزر ممکن است.

11- لیزرهای بسته بدین معنی است که در لیزری مانند هلیم نئون گازهای تحت تخلیه الکتریکی کاملا در لولهﻯ تخلیه قرار داده شدهﺍند. مشکلی که برای این لیزرها مشخصاً دی اکسید کربن وجود دارد این است که در جریان تخلیهﻯ الکتریکی مولکولﻫای CO2 به CO تبدیل میشود و این واکنش هم خیلی سریع رخ میﺩهد.

لیزر طول موج کار nm میانگین توان خروجی w
آرگون فلورید nm193 پالسی W 25
کریپتون فلورید nm248 پالسی W 50
گزنون کلرید nm 308 پالسی W 25
نیتروژن nm 337 پالسی W 5
گزنون فلورید nm 351 پالسی W 15
یون آرگون nm 488 پیوسته W5
بخار مس nm 511 پالسی W 30
یون آرگون nm 514 پیوسته W 5
بخار مس nm 578 پالسی W 30
بخار طلا nm 628 پالسی W 10
هلیوم نئون nm8/632 پیوسته W 001/0
یون کریپتون nm 647 پیوسته W 5

فصل دوم:
کاربردهای لیزر
کاربرد لیزر در صنعت
از جمله کاربردهای مهم لیزر به کارگیری آن در صنعت است که علت اصلی پیشرفتﻫای بشر در بسیاری از زمینهﻫاست.
پرتو لیزر با توجه به ویژگیﻫای منحصر خود که شامل تکﺮنگی، همدرسی، شدت بالا و واگرایی کم است، نشان داد که با به کارگیری آن میتوان نه تنها به گسترش حوزه صنعت بلکه تحول کیفی محصولات آن امید فراوانی پیدا نمود. به دنبال ساخت اولین لیزر گاز کربنیک در سال 1964 این امکان فراهم شد که بتوان با حداقل امکانات لیزرهای پرقدرتی در ناحیه حرارتی مادون قرمز، همان منطقهﺍی که مورد نیاز صنعت است تهیه و به بازار عرضه نمود. اینک وسیلهﺍی پا به عرصه وجود گذاشته بود که امکان فراهم نمودن یک منبع حرارتی قابل کنترل و در عین حال بسیار باریک به راحتی در دسترس کاربران قرار میگرفت. با یک نگاه گذرا اما عمیق به نقش لیزر در صنعت میتوان به این نکته واقف شد که لیزر تحولی بی سابقه در این عرصه ایجاد کرده است که دامنه رشد آن هر روز گسترش می یابد. امروز اگر شاهد محصولاتی باشیم که به جهت کیفی و مرغوبیت در کمترین زمان به بازار عرضه میشود، متوجه نقش و اهمیت لیزر در صنعت خواهیم بود.

فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد

تعداد صفحات این مقاله   70 صفحه

پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید

تحقیق جوشکاری لیزر

اختصاصی از فی لوو تحقیق جوشکاری لیزر دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)


تعداد صفحه:25

فهرست:

جوشکاری لیزر

نور لیزر نوع کاملاً جدیدی از نور است؛ درخشان‌تر و شدیدتر از هرچه که در طبیعت یافت می‌شود. می‌توان نور لیزری آن‌چنان قوی تولید کرد که هر ماده‌ی شناخته شده‌ی روی زمین را در کسری از ثانیه بخار کند. می تواند سخترین فلزات را سوراخ کند یا به راحتی جسم سختی مثل الماس را سوراخ کند و از آن بگذرد. 
برعکس، باریکه‌ی کم قدرت و فوق‌‌العاده دقیق انواع دیگر لیزر را می‌توان برای انجام دادن کارهای بسیار ظریف مثل جراحی روی چشم انسان به کار برد. نور لیزر را می‌توان خیلی دقیق کنترل کرد و به صورت باریکه‌ی مداومی به نام موج پیوسته یا انفجارهای سریعی به نام پالس درآورد. 
اگرچه اصول بنیادی لیزر از 40 سال پیش شناخته شده بود، نمایش اولین لیزر، دریچه‌‌ای را به طرف یکی از هیجان انگیزترین و پردامنه‌ترین پیشرفت های تکنولوژی قرن بیستم گشود. در ظرف چند سال پس از نمایش اولین لیزر، انواع بسیار گوناگونی از لیزرها به صورت ابزارهای عملی به صور گوناگون به کار گرفته شدند. لیزرها در تکنولوژی انقلابی جدید پدید آورده‌اند و تأ ثیر آن‌ها بر زندگی ما در آینده نیز ادامه خواهد داشت. 

دانلود پایان نامه ارتباط بین طیف خروجی و کاواک در لیزر نیمه هادی

اختصاصی از فی لوو دانلود پایان نامه ارتباط بین طیف خروجی و کاواک در لیزر نیمه هادی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

خرید و دانلود پایان نامه ارتباط بین طیف خروجی و کاواک در لیزر نیمه هادی
دانشگاه آزاد اسلامی- واحد تهران مرکزی
رشته فیزیک گرایش جامد
تعداد صفحات:120
نوع فایل :WORD

چکیده پایان نامه ارتباط بین طیف خروجی و کاواک در لیزر نیمه هادی :
در این پایان نامه، ساختارهای مختلف لیزر نیمه هادی و خروجی آنها مورد بررسی قرار گرفته است و عوامل موثر بر این خروجی ها همچون جریان آستانه و تلفات اپتیکی بیان شده است. در نهایت با استفاده از طیف های دیود لیزری طول کاواک لیزر محاسبه شده است.

ساختار دیود لیزری از ۵ لایه رونشستی توسط دستگاه LPE تهیه شده است که ضخامت لایة میانی یا لایة فعال برابر ۰۵/۰ میکرون می باشد. چگالی ناخالصی توسط دستگاه SIMS مورد بررسی قرار گرفته است که نشان می دهد چگالی ناخالصی در عرض لایه رونشستی کاملاً یکنواخت است و ضخامت لایه ها از ۸ میکرون تا ۰۵/۰ میکرون به وسیله دستگاه AFM اندازه گیری شده است. شدت جریان آستانه در حدود A/cm2 70 برای تراشه ای به طول و عرض ۲۰۰*۳۰۰ میکرون محاسبه شده است. مدهای ظاهر شده در شدت جریان بالاتر از آستانه، Ith ، کاملاً مشهود است که نشان می دهد دیود ساخته شده پرتو لیزری از خود تابش می کند. در نهایت با استفاده از رابطه  طول کاواک برای طیف‌های به دست آمده محاسبه شده که مقدار ۲۰۶ میکرون به دست آمده است که با مقدار تجربی ۶% خطا وجود دارد.


قسمتی از پایان نامه ارتباط بین طیف خروجی و کاواک در لیزر نیمه هادی :

فصل 1
مقدمه ای بر لیزر (مبانی لیزر)
مقدمه:

تا سال 1960 اپتیک، صنعت نسبتاً کوچکی را تشکیل می داد که مباحث نسبتاً جامع و تکامل یافته چون ابزارهای نوری، دوربین ها، میکروسکوپ ها، و کاربردهای عملی را در بر می گرفت بعدها لیزر پای بر صحنه نهاد ابتدا لیزر یاقوت، گازی و سپس لیزر تزریقی نیمرسانا اوایل، بصورت اساسی به کاربردهای لیزر دست نیافته بودند اما در مرحله جدیدتر توانستند به امکانات بالقوة لیزر در مخابرات، در پردازش، ذخیره و بازاریابی اطلاعات در جراحی چشم از طریق لیزر، الگوی برش لیزری، برش فولاد با لیزر و استفاده از لیزر در مرحله ای از تولید سوخت هسته ای و دگرگونی های عظیم در مخابرات نوری و …دست یابند

پیدایش تارهای شیشه ای بسیار کم اتلاف باعث شده است که مخابرات لیزر، جایگزین بسیار باارزش برای اتصال های سیمی مطرح شود بطور کلی لیزر تحول عظیمی در زندگی بشر و دنیای اطلاعات و …بر جای گذاشت اهمیت لیزر نیمه هادی، بیشتر بخاطر داشتن ساختار بسیار کوچک و نسبتاً ارزان با قابلیت بسیار زیاد در صنایع مخابرات می‎باشد بسامد نخستین لیزر، یاقوت، در طول موج عبارتست از که کمیت مورد توجه هر مهندس مخابرات است حال اگر فقط 1% از این بسامد حامل برای پهنای باند اطلاعاتی بکار گرفته شود در این صورت یک کانال مخابراتی فراهم می‎آید که ظرفیت آن دو تا سه مرتبه بزرگی (102 تا 103) از پهن ترین کانال های موجود بیشتر است

برخی ارتباط های تقویت رادیویی میکروموجی که شرکت مخابرات از آن ها بهره می‎گیرد دارای پهنای باند اطلاعاتی، شامل 10% از بسامدهای حاصل است در نتیجه یک باریکة لیزر می‎تواند تعداد زیادی برنامة تلویزیونی (با پهنای باند MHZ5) و تعداد زیادی مکالمة تلفنی (پهنای باند برای هر مکالمه تلفنی KHZ40) را به صورت همزمان منتقل کند

 

هدف:

هدف از انتخاب این موضوع، لیزر نیمه هادی، از چندین بخش تشکیل یافته است:

1- لیزر نیمه هادی به خاطر سهولت کاربرد و کارایی وسیع آن در مخابرات از مهمترین نوع لیزرها می‎باشد

2- توان الکتریکی مصرف شده برای راه اندازی لیزر نیم رسانا بسیار پایین تر از سایز لیزرها می‎باشد چنین لیزری ممکن است با بازده بالای 50% کار کند علت بالا بودن بازده، بخاطر کوچک بودن ابعاد و در نتیجه بالا رفتن چگالی جریان می‎باشد

3- در لیزر نیمه هادی آینه معمولی، به عنوان فیدبک اپتیکی وجود ندارد در چنین لیزری آینه های لیزری، از برش (کلیو) نمودن ساختار بلوری ایجاد می‎شود

4- قابلیت کنترل خروجی با استفاده از تغییرات در ساختار نیمه هادی (اعم از ناخالصی ها و گاف نوار و …)

…

در این مطالعه، سعی شده است تا با بررسی روابط میان پارامترهای مختلف اعم از جریان آستانه، توان خروجی، اثرات موجبری و …بتوان با تقریب خوبی، خروجی مورد نظر در کارهای مختلف را تولید نمود

شباهت و تفاوت لیزر نیمه هادی با سایر لیزرها:

لیزرهای نیمه هادی شبیه سایر لیزرها (لیزر حالت جامد، یاقوت و …) هستند و در آنها تابش گسیلی دارای همدوسی زمانی و مکانی بوده و پرتو لیزری آنها بسیار تک رنگ (پهنای باند کوچک) و از راستاییِ زیادی، برخوردار هستند اما لیزرهای نیمه هادی در بعضی جنبه ها با سایر لیزرها تفاوتهایی دارند از جمله:

1- در لیزرهای رایج گذارهای کوانتومی بین ترازهای انرژی مجزا صورت می‎گیرد در حالیکه در لیزر نیمه هادی گذارها به خواص نوری مواد بستگی دارند

2- لیزرهای نیمه هادی بسیار کوچکند بعلاوه از آنجا که ناحیة فعال آنها خیلی نازک است (ضخامت حدود یک میکرون یا کمتر) در نتیجه واگرایی خروجی بطور قابل ملاحظه، از لیزرهای معمول بزرگتر است که این از مشکلات این لیزر محسوب می‎شود

3- مشخصات بینایی لیزرهای نیمه هادی شدیداً به خواص محیط پیوند (نظیر گاف نوار، و تغییرات ضریب شکست) بستگی دارد

4- در لیزرهای پیوندی p-nعمل لیزری بسادگی در اثر عبور جریان مستقیم از دیود صورت می‎گیرد و رویهم رفته سیستم کارایی زیادی دارد و مدولاسیون مدها به علت طول عمر کوتاه فوتون در محدودة فرکانس زیاد امکانپذیر می‎باشد که این مدولاسیون توسط جریان تزریقی انجام می‎شود

یکی از ویژگیهای ممتاز لیزر نیمه هادی، که باعث کاربرد آن در مخابرات شده است قابلیت کوپل شدن با سایر ابزارهای اپتیکی از جمله فیبرهای نوری است و دلیل آن کوچکی ابعاد و ساختارش می‎باشد نور تولید شده در لیزر نیمه هادی زمانی قابل استفاده در صنایع مخابرات است که بتوان آنرا در تارهای شیشه ای باریک (فیبرهای نوری به قطر حدوداً چند میکرون) انتقال داد

بطور کلی هدف این است که شخص بتواند با بررسی طیف خروجی، اطلاعاتی راجع به ساختار لیزر، میزان ناخالصی های بکار رفته، در ترکیبات نیمه هادی جریان آستانه و …بدست آورد تا با این طریق بتوان برای هر زمینة کاری لیزر و طول موج خاص را بکار برد

1-1- خواص باریکة لیزر:

نور لیزر به علت داشتن چهار ویژگی زیر دارای تمایز با نور معمولی است:

1- تکفامی 2- همدوسی 3- جهتمندی 4- درخشایی

1- تکفامی: تنها موج الکترومغناطیسی با فرکانس fکه از رابطة زیر بدست می‎آید تقویت می‎شود:

(چون آرایش دو آینه ای کاواک، تشدیدی ایجاد می‌کند که نوسان تنها در فرکانسهای تشدید این کاواک انجام می پذیرد)

2- همدوسی: برای هر موج الکترومغناطیسی دو مفهوم مستقل همدوسی می‎توان تعریف کرد:1- همدوسی زمانی 2- همدوسی فضایی

برای تعریف همدوسی فضایی دو نقطه P2 , P1را که در لحظه t = 0روی جبهة یک موج الکترومغناطیسی قرار دارند در نظر می گیریم و فرض می کنیم E2(t) , E1(t)میدانهای الکتریکی متناظر در آن دو نقطه باشد بنابر تعریف، اختلاف فاز دو میدان در لحظة صفر است اکنون، اگر این اختلاف در هر لحظه صفر باقی بماند می گوییم بین دو نقطه یک همدوسی کامل برقرار است (و چنانچه برای هر دو نقطة دلخواه جبهة موج الکترومغناطیسی چنین وضعیتی برقرار باشد می گوییم موج دارای همدوسی کامل فضایی است)

حال برای تعریف همدوسی زمانی، میدان الکتریکی موج الکترومغناطیسی را در دو لحظة در نقطه Pدر نظر می گیریم اگر در زمان تأخیر مفروض tاختلاف فاز دو میدان در هر لحظه tیکسان باقی بماند می گوییم در مدت زمان همدوسی زمانی وجود دارد اگر این اختلاف فاز برای هر مقدار t، یکسان باقی بماند گفته می‎شود که موج الکترومغناطیسی دارای همدوسی کامل زمانی است و اگر این امر برای مدت زمان تأخیر صورت گیرد بنحوی که گفته می‎شود موج دارای همدوسی پاره ای زمانی با زمان همدوسی است

3- جهتمندی: این خاصیت نتیجه مستقیم این امر است که مادة فعال لیزری به شکل زیر در داخل کاواک قرار داده شود در واقع فقط موجی که در امتداد کاواک منتشر می‎شود (یا در امتدادی که خیلی نزدیک به آن است) می‎توان در کاواک دوام بیاورد ابتدا به بررسی همدوس کامل فضایی می‎پردازیم: فرض می‎شود باریکه ای با شدت یکنواخت و جبهة موج تخت روی پرده sکه دارای یک گشودگی است فرود می‎آید طبق اصل هویگنس، جبهة موج در هر صفحه Pدر پشت پرده با برهم نهش موجهای جزئی که از هر نقطه گشودگی گسیل می‎شود بدست می‎آید به علت متناهی بودن اندازه گشودگی، D، باریکه دارای واگرایی محدود است مقدار واگرایی از نظریه پراش بدست می‎آید:


فهرست مطالب پایان نامه ارتباط بین طیف خروجی و کاواک در لیزر نیمه هادی :
    چکیده
    فصل اول : مقدمه ای بر لیزر (مبانی لیزر)
    مقدمه
    هدف
    شباهت و تفاوت لیزر نیمه هادی با سایر لیزر ها
    خواص بار یکه لیزر
    انواع لیزر
    وارونی انبوهی
    پهن شدگی طیفی و انواع آن
    انواع کاواک نوری (فیدبک)
    برهم نهی امواج الکترومغناطیسی
     فصل دوم : لیزر نیمه هادی و انواع ساختار آن
    مواد نیمه هادی
    بازده گسیل خودبخودی
     انواع باز ترکیب
    گاف انرژی و انواع آن
    وارونی انبوهی و روش پمپاژ در لیزر نیمه هادی
    اتصال p- n اولین تحقق لیزر نیمه هادی
    انواع ساختار ها
    ساختار DFB
    تاثیرات دما به طیف گسیلی ساختار ها
    مختصری راجع به بحث نوری
     لیزر های نیمه هادی و دیود های نور گسیل
    جریان آستانه – خروجی
    روش های بهبود و افزایش بازده کوانتومی داخلی
     لزوم اتصالات اهمی
    فصل سوم : طیف خروجی لیزر نیمه هادی و عوامل مؤثر بر آن
    تغییرات چگالی جریان آستانه و فشار هیدروستاتیکی
    واگرایی پرتو خروجی
    خروجی ساختار ها
    محاسبه پهنای طیف در لیزر های نیمه هادی در ساختار های مختلف
    انواع پهنای طیف
    کوک پذیری لیزر نیمه هادی
    روابط و معادلات مهم در تولید و بازترکیب حامل ها
    بهره در حالت پایا و جریان آستانه
    اهمیت کاواک لیزر
    مدهای تولید شده در داخل کاواک
    تفاوت اساسی مدهای طولی و عرضی
     فصل چهارم : بررسی و تحلیل طیف های خروجی (کار های تجربی)
    پیشنهادات و نتایج
    انواع اتصال دیود و طیف خروجی
    ۱-   مشخصه ولتاژ- جریان (V- I)
    ۲-   مشخصه جریان- مقاومت دینامیکی
    ۳-   مشخصه جریان- توان (P- I)
    ۴-   مشخصه جریان- راندمان کوانتومی دیفرانسیلی
    ۵-   مشخصه توان طول موج
    نمودارهای تجربی
    نتایج
    پیشنهادات
    منابع فارسی
    منابع لاتین





فهرست منابع استفاده شده در  پایان نامه ارتباط بین طیف خروجی و کاواک در لیزر نیمه هادی :
1-    اوراسیو سوولتر- ترجمه: اکبر حریری، حسین گل نبی. اصول لیزر
2-    ج ویلسون- ج. ف. ب هاوکز. ترجمه: دکتر عباس بهجت. اصول لیزر و کاربردها
3-    جوزف تامس وردین ترجمه: دکتر محمد کاظم مروج فرشی- دکتر حسین گل نبی الکترونیک لیزر
4-    رسالة دکتری برق الکترونیک، مدلسازی و شبیه سازی نور در لیزر نیمه هادی عباس ظریفکار- تابستان 1383 دانشگاه تربیت مدرس
5-    پایان نامه کارشناسی ارشد الکترونیک- شبیه سازی و آنالیز یک لیزر نیمه هادی با ساختار Index Guided حسین سالار عابدی پاییز 1377 دانشگاه تربیت مدرس
6-    پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی برق الکترونیک، آنالیز و شبیه سازی ساختار استاتیک لیزر نیمه هادی در سطح گسترده. حمیدرضا شیرکوهی. تابستان 1376 دانشگاه تربیت مدرس
7-    پایان نامه کارشناسی ارشد. لیزرهای GaAs و کاربردهای آن در مخابرات. محمدعلی صادق‌زاده، دانشگاه اصفهان، 1368
8-    پایان نامه کارشناسی ارشد، بررسی تحلیلی طیف اپتیکی لیزرهای نیمه هادی. فاطمه وزیری، 1377 دانشگاه تربیت مدرس
9-    پایان نامه کارشناسی ارشد، بررسی و ساختار لیزری GaAs. ناصر مصلحی میلان- دانشگاه یزد.

 
Refrence
Books:                 
[1]. Mitsu Fukuda , Reliability and Degradation of semiconductor lasers and LEOS, Boston London 1991.
[2]. Motoichiahtsu, Frequency control of semiconductor lasers. Tokyo institut of technology. 1996.
[3]. Tet Sahiko. Ikegami , shoichi sudo, Yoshihisa sakai , Frequency stabilization of semiconductor laser Diode Boston London 1995.
[4]. Takahiro Numa. Fundamentals of semiconductor lasers. Optical sciences 1993.
Papers:
[5]. Diode lasers and photonic integrated circuids
[6]. N. C. Frateschi. A. P. kanjamalu, and A. F. J. levi Appy phys 66 (15) 1995., polarization of lasing emission in micro disk laser diodes.
[7]. Eur. J. phy. 18 (1997) 63-67. Analysis of light- emission processes in light- emitting diodes and semiconductor lasers.
[8]. Am chinley , AW Parke, GJHughes A Tomi cally clean semiconductor surfaces J. Phy. D: Apply phys 13 (1980)
[9]. A. J. Kent, A. Egan. J. G. Mcinerney , J. r. mloney, Enhanced diffraction limited out put power of tapered gain semiconductor lasers 1999/vol.2. No 13/optics EXPRESS.
[10]. Sugimimyra, A, IEE. J. Quantum Electron vol __ 5 P. 627.  1981
[11]. No Holonyak Jr and S.F. H. H. Dill , Jr. stimulated emission of radiation from GaAs p-n Junction. Apply phys lett 1 (1962)
[12]. M. W. Fleming and A. Mooradian. Fundamental line broadening of single mode (GaAl)As diode ___ lasers. Apply phys. Lett 38  511-513 (1981)
[13]. M. okai and T. Tuchiya , Tunable DFB lasers with ultra – narrow spectral line width. Electron lett 29 , 349- 351 (1993).
[14]. M. Okai, spectral characteristics of distributed feedback semiconductor lasers and their improvements by corrugation- pitch- modulated structure. J Appl. Phys 75, 1-29 (1994).
[15]. M. Okai, T. Tsuchiya. A. Takai , and N. Chinone factors limiting the spectral line width of CPM- MQW- DFB lasers. IEEE photo. Technol lett 4. 526- 528 (1992)
[16]. M. W. Fleming and A. Mooradian , Fundamental Appl. Phys. Lett. 38. 511-513 (1981).
[17]. M. Aoki , K. Uomi, T. Tsuchiya, s. sasaki , M. okai , and N. Chinone , Quantum size effect on longitudinal spatial hole hurning in MQM   shifted DFB lasers. IEEE. J. Quantum Electron 1991.