در این پایان نامه، بهینه سازی پارامترهای موثر در اندازه گیری های روش بیناب نگاری شکست القایی لیزری(libs) برای شناسایی مواد مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. libs یک روش بیناب نگاری گسیل اتمی است که در آن یک تپ فوق کوتاه کلیدزنی q از یک لیزر nd:yag و یا لیزر اگزایمر با چگالی انرژی بالا روی سطح هدف کانونی شده و موجب افزایش سریع دمای سطح می شود به گونه ای که مواد زیرین سطح به دما و فشار بحرانی رسیده و منجر به انفجار سطح می شوند. مواد کنده شده در اثر جذب انرژی از تپ لیزر، تبخیر، اتمیزه و یونیزه شده و به این ترتیب پلاسما تشکیل می شود. نور گسیل یافته از پلاسمای القایی، عناصر موجود در نمونه ی مورد مطالعه را شناسایی می کند. یک امر بسیار مهم در libs، به دست آوردن بهترین شرایط سیگنال به نویز خطوط اتمی است، اجتناب از خودجذبی و پهن شدگی خط و انتخاب فاصله ی مناسب از جمله راه های رسیدن به این شرایط می باشد. دما و چگالی الکترونی پلاسما نیز پارامترهای مهمی هستند که دراندازه گیری های libs مورد نیاز است. در این تحقیق وابستگی بیناب گسیلی libs به فاصله عمودی از سطح نمونه مورد بررسی قرار گرفته و در ادامه ، تاثیر فاصله های مختلف و طول موج و شدت لیزر در دما و چگالی الکترونی پلاسما بررسی شده است.

در سال های اخیر فعالیت های قابل ملاحظه ای در توسعه لیزرهای گازکربنیک انجام شده است، در این میان لیزرهای موجبر 2co با قابلیت عمل کرد در فشارهای بالا طیف وسیعی از کاربردها را به خود اختصاص داده اند. نکته قابل توجه عمل کرد لیزر 2co در فشارهای بالا، پهنای برخوردی بیشتر در گذار لیزری است که منجر به افزایش چشم گیر کوک پذیری در اطراف هر مرکز خط شده است. در نهایت ترکیب فشار کار و بهره ی بالا و هم چنین گستره ی بینابی آزاد بزرگ این لیزرها که نتیجه ی طول کلی کوتاه کاواک آن است، فرصت کار تک فرکانس را در گستره ی کوک وسیع این لیزرها مهیا کرده است. منابع لیزری کم حجمی از این نوع در گستره ی µm 11-9 و با مشخصه هایی مثل گستره ی کوک وسیع، مقادیر بالای بهره و توان خروجی بر واحد حجم، کیفیت مدی و هم چنین عمل کرد ساده، در تقویت کننده های توان با باند وسیع، نوسانگر محلی کوک پذیر، ارتباطات لیزری و رادارهای اپتیکی کاربردهای فراوان پیدا کرده اند. از طرفی نیاز به منابع پهن باند جهت بیناب نگاری سبب گستردگی کار در این زمینه شده است، که در نهایت وسایل پرتوانی را ایجاد کرده است. در این پایان نامه طراحی و بهینه سازی یک لیزر موجبر 2co با جریان تخلیه الکتریکی dc طولی مورد بررسی قرار گرفته است. در طی تحقیق، ضمن طراحی شرایط مناسب برای راه اندازی لیزر، رفتار خروجی آن در شرایط متفاوتی از فشار، نسبت آمیزه گازها و جریان تخلیه الکتریکی در لوله های لیزری با ابعاد مختلف مطالعه شده است و شرایط کار بهینه برای این پارامترها به دست آمده اند. بر اساس نتایج به دست آمده برای توان خروجی و فشار عمل کرد لیزر موجبر 2co، روابط موثر بین پارامترهای اصلی لیزر موجبر به دست آمده است. هم چنین در بخشی از کار خطوط بینابی لیزر بررسی و شناسایی شده اند. تدوین این پایان نامه در 5 بخش صورت گرفته که مهم ترین مطالب مورد بررسی به صورت زیر است: ? در بخش یکم مشخصه های لیزر 2co و انواع مختلف این لیزر بیان شده است. ? در بخش دوم لیزرهای موجبر 2co معرفی شده و گزارش کارهایی که در این زمینه انجام شده به قدر کفایت شرح داده شده است. ? در بخش سوم نحوه طراحی لیزر موجبر 2co گزارش شده است. ? در بخش چهارم گزارشی از نتایج آزمایش هایی که برای بهینه سازی خروجی لیزر بر حسب پارامترهای موثر در آن انجام شده، ارائه شده است. ? و در نهایت در بخش پنجم نتیجه گیری و پیشنهادهایی برای ادامه کار ارائه شده است. آزمایش های این پروژه در پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، پژوهشکده لیزر، گروه لیزرهای گازی و رزینه ای انجام شده است.

تابش دهی لیزری به عنوان یک روش موثر برای اصلاح سطح جامدات در بازه وسیعی از مواد شامل فلزات، نیمه هادی ها و دی الکتریک ها مورد مطالعه قرار گرفته است. در این پژوهش با تابش پالس های نانوثانیه ای لیزر اگزایمر آرگون فلوراید (nm 193) با چگالی انرژی j/cm2 4 بر سطح سیلیکون در مجاورت گاز sf6 ریزمخروط های منظمی بر بالای سطح اولیه ایجاد شده اند که هندسه و ترکیب شیمیایی سطح را تغییر داده اند. با افزایش فشار گاز sf6 از mbar 1000-0 ارتفاع ریزمخروط ها به µm90 افزایش یافته و قطر آنها تا µm5 کاهش می یابد. رشد ریزساختارها باعث می شود بازتاب سطحی سیلیکون به شدت کاهش یافته و جذب نوری آن در بازه طیفی µm 3-2/0 تا %80 ارتقاء یابد. این میزان افزایش جذب در ناحیه طول موج های کوتاه تر از mµ 1/1 (انرژی های بیشتر از گاف انرژی سیلیکون) بدلیل حضور ریزساختارها برروی سطح و افزایش احتمال به تله افتادن فوتون ها و بازتاب مکرر آنها در میان ریزمخروط ها است. در طول موج های بیشتر از mµ 1/1 بدلیل نوع آلایش شبکه سیلیکون و نفوذ ناخالصی های سولفور و فلوئور تولید شده در حین تابش دهی، جذب نوری افزایش یافته است. تولید این ناخالصی ها در پلاسمای القایی توسط طیف سنجی فروشکست القایی لیزری(libs) و حضور آنها در سطح سیلیکون تابش دیده توسط آنالیز الگوی پراش اشعه ایکس(xrd) آشکار شده است. سیلیکون ریزساختارشده در مقایسه با سیلیکون متخلخل جذب نوری کمتری از خود نشان می دهد اما پایداری ساختارهای سطحی آن در برابر حرارت بیشتر از ساختارهای شکل گرفته در سطح سیلیکون متخلخل است. اندازه گیری مقاومت سطحی سیلیکون ریزساختار به روش واندرپاو(van der pauw) نشان می دهد که بدلیل رشد ریزمخروط ها و افزایش طول مسیر حرکت حامل های سطحی، مقاومت سطحی سیلیکون افزایش یافته است. همچنین میزان مقاومت سطحی در برابر تابش نور با طول موج های مختلف بر سطح، با افزایش طول موج پرتو فرودی کاهش می یابد.تغییر خواص نوری و الکتریکی سیلیکون ریزساختارشده کاربرد آن را به عنوان سلول های خورشیدی، آشکارسازهای مادون قرمز پهن باند و حساسه هایی با کارآیی بالا نوید می دهد.

در این پایان نامه، یک لیزر تپی، در اندازهی کوچک آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد، که از توانایی کار در فشار کاری متغیر در بازه ی 1-3 atm برخوردار است. حجم فعال لیزر برابر است، که دربرگیرنده ی دو الکترود آهنی با آب کاری کروم سخت و نمایه ی تخت با لبه های گرد شده است. سامانه ی پیش یونش به کار رفته در این لیزر، از دسته ی ردیف جرقه و دارای ساختار ویژه و نوآورانه ای است، که در آن با بهره گیری از گاف های جرقه ی زنجیره ای، به گونه ی چشم گیری از شمار خازن های ولتاژ بالای بایسته کاسته شده است. برای پایدارسازی تخلیه ی تابان و هم چنین، تیز کردن تپ جریان تخلیه از روش خازن ستیغ ساز سود جسته شده است. بیشینه ی انرژی بر تپ گسیلی لیزر برابر 156 mj در فشار 3 atm بوده است. از سوی دیگر، بیشینه ی بازده اپتیکی لیزر برابر %3/35 بوده که برای فشار 3 atm، ولتاژ تخلیه ی 25 kv و ظرفیت خازن انباره 10/8 nf به دست آمده است. همه ی این اندازه گیری ها، با بهره گیری از آمیزه ی گازی به انجام رسیده است. بررسی رفتار زمانی تپ های گسیلی لیزر با بهره گیری از فوتون دراگ، کاهش دیرش زمانی تپ ها از 110 ns در فشار 1 atm با 37 ns در فشار 3 atm را آشکار ساخته اند و دیده شده است، که بر پایه ی این یافته ها تقریبا می توان گفت نسبت میان دیرش های زمانی در دو فشار ناهم سان، با وارون نسبت میان فشارهای وابسته متناسب است. بدنه ی این لیزر از پلکسی گلاس شفاف ساخته شده، که با فراهم نمودن دید چشمی از چگونگی کارکرد پیش یونش ها و تخلیه ی اصلی، نه تنها پایش کارکرد لیزر را ممکن می سازد، که از دیدگاه آموزشی نیز بسیار سودمند است.

به دلیل اهمیت اندازه گیری ضخامت و شناسایی لایه های نازک، روش های گوناگونی برای تشخیص و تعیین این لایه ها به کار گرفته شده است. بیناب نگاری شکست القایی لیزری (libs) نیز در دهه ی اخیر به عنوان یک ابزار تشخیصی برای شناسایی لایه های نازک مورد توجه قرار گرفته است. بی نیازی از آماده-سازی نمونه، سرعت به کارگیری آن برای گستره ی وسیعی از عنصر ها، حتی از راه دور، از جمله ی برتری-های این روش به شمار می آیند. افزون براین، برخلاف سایر روش ها، برای تعیین ترکیب شیمیایی لایه های نازک به این روش، به محیط خلأ و نیز به ثابت بودن نمونه از نظر اندازه و هندسه نیازی نیست. از میان لایه های نازک، سیلیکان متخلخل با توجه به ویژگی های الکترونیکی و مکانیکی و سایر خواص فیزیکی متنوع و قابل تنظیم، امروزه در زمینه های بسیاری از جمله الکترونیک، میکروالکترونیک، کاربرد فراوان یافته اند. در این پژوهش، امکان شناسایی عناصر تشکیل دهنده سطح دو نمونه سیلیکان متخلخل با استفاده از بیناب نگاری شکسـت الـقایی لـیزری مورد بررسی قرار گرفته است. دو نمـونه سـیلیکان متـخلخل از نـوعp ، با مقاومـت ویـژه ?.cm 4/0-3/0 با استفاده از یک محلول شاملhf و اتانول، تحت جریان آندیزاسیون 2ma/cm 20 یکی در 20 دقیقه و دیگری در 30 دقیقه ساخته شده اند. بر اساس بیناب تابشی پلاسمای القایی لیزری، حضور عناصر si, h, c, o, n, f در سطح نمونه تأیید شده اند. درحالی که با روش پس پراکندگی راترفورد (rbs) عناصر h, c, si, o ,n شناسایی شده اند. نمایان شدن خط های فلوئورfi در طول موجnm 78/634 و fiii در طول موج nm 92/262 در نمونه اول و خط های فلوئور fi در طول موج های nm78/634 و nm 09/393 در نمونه دوم، به عنوان برتری به کارگیری روش درنظر گرفته می شود. شدت این خط ها با افزایش شمار پرتودهی تپ های لیزری نشان از کاهش میزان فلوئور در عمق لایه و ضخامت محدود بخش تخلخل یافته دارد.

در سال های اخیر طراحی و ساخت لیزرهای فیبر نوری آلاییده به عناصر خاکی کمیاب به دلیل قابلیت دستیابی به توان های بالا، انعطاف پذیری، کیفیت بالای پرتو، قابل حمل بودن و استفاده آسانتر در صنعت به شدت مورد استقبال قرار گرفته است. برای دستیابی به توان های بالا از فیبر آلاییده به ایتربیوم و ساختار دو غلافی که دمش آن از طریق غلاف اول انجام می شود استفاده می شود. یکی از مشکلات مهم لیزرهای فیبر نوری پر قدرت آلاییده به ایتربیوم باقی ماندن انرژی موج دمش جذب نشده در غلاف اول فیبر پس از محیط فعال لیزر می باشد که سبب افزایش دمای غیر قابل کنترل در قطعات لیزر و تقویت کننده و عملکرد چند مدی لیزر می شود. در این پایان نامه، برای اولین بار چند روش برای خارج کردن نور جذب نشده و ناخواسته از غلاف اول و کاهش دمای ناحیه غیر فعال لیزر پیشنهاد و شبیه سازی شده است. در روش های پیشنهاد شده از مواد مختلف با ضریب شکست و قابلیت هدایت گرمایی مناسب به عنوان روکش فیبر استفاده می شود. هم چنین نشان داده شده است که با تغییر در ساختار هندسی غلاف دوم نیز می توان به خروج نورهای ناخواسته و پایداری عملکرد لیزر دست یافت. به این منظور شعاع غلاف دوم به صورت پله ای و پیوسته کاهش داده شده است و یا بر روی غلاف دوم شیارهایی ایجاد شده است. شبیه سازی و آنالیز اپتیکی سیستم بر اساس ردیابی پرتو توسط نرم افزار zemax و تحلیل حرارتی آن براساس حل معادله بنیادی انتقال حرارت و اعمال شرایط مرزی با نرم افزارansys انجام شده است.

در این پایان نامه لایه نشانی sio2 روی ویفر سیلیکان با سه روش تبخیر پرتو الکترونی، بخار شیمیایی و اکسیداسیون گرمایی گزارش شده است. هدف از این لایه نشانی ایجاد یک لایه ی محافظ به منظور ساخت موجبر نوری از جنس نانوسیم های zno می باشد. موجبر تشکیل شده از نانوسیم های zno محیط مناسبی برای انتشار امواج نوری و ساخت نانولیزرهاست که در قطعه های گسیلنده نور و در مدارهای مجتمع نوری مورد استفاده قرار می گیرد. در لایه نشانی به روش تبخیر پرتو الکترونی و بخار شیمیایی از نانوذرات سیلیکا ( (sio2استفاده شد. طیف پراش اشعه x (xrd) از نمونه های لایه ی نازک sio2، ساخته شده به روش تبخیر پرتو الکترونی، وجود لایه ی دی اکسید سیلیکان بلوری را تأیید و تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) ضخامت لایه را برآورد کرد. لایه های تهیه شده به روش بخار شیمیایی آمورف بوده و آنالیزedx از لایه ها وجود عنصرهای سیلیکان، اکسیژن و کربن را تأیید کرد. لایه های نازک sio2 یکنواخت و با خلوص بالا، به روش اکسیداسیون گرمایی سیلیکان صیقلی و غیر صیقلی تهیه شد. طیف تبدیل فوریه مادون قرمز (ftir) تهیه شده از نمونه های ساخته شده به سه روش فوق الذکر وجود پیوند si-o در نمونه ها را تأیید کرد. با استفاده از طیف بازتاب نور در ناحیه ی انرژی ev 1.5-5، ضخامت لایه های نازک sio2 که به روش اکسیداسیون گرمایی نشانده شده بود، برآورد و گزارش شد. روش اندازه گیری بر اساس مقایسه طیف بازتاب تجربی لایه ی مورد نظر و طیف بازتاب همان لایه ناشی از تداخل چندپرتویی در انرژی های مختلف انجام شد. همچنین ثابت های اپتیکی زیرلایه های سیلیکان صیقلی و غیرصیقلی به روش کرامرز-کرونیگ محاسبه شد

سوپرآلیاژها، آلیاژهایی مقاوم در برابر حرارت، خوردگی و اکسیداسیون هستند و با توجه به استحکام زیادی که در دمای بالا و در برابر خزش و خوردگی دارند، کاربردهای زیادی در صنعت یافته اند. به ویژه در بخش های داغ توربین های گازی مانند پره ها و محفظه احتراق که دمای حدود 30000 درجه سانتی گراد دارند. امروزه در توربین ها و نیروگاه های برق از قطعات تک کریستالی از جنس این سوپرآلیاژها استفاده می شود. به عنوان نمونه 50 درصد وزن موتور هواپیماهای پیشرفته امروزی از جنس سوپرآلیاژهای پایه نیکل می باشد. علاوه بر این مصارف پزشکی و دندان پزشکی نیز دارند. از این رو شناسایی و بررسی عناصر تشکیل دهنده ی آن ها برای موارد کاربردی ضرورت دارد. در این پژوهش تلاش شده است امکان شناسایی عناصر فلزی دو نمونه از سوپرآلیاژهای پایه نیکل با به کارگیری روش بیناب نگاری فروشکست القایی لیزری، مورد تحلیل و بررسی قرارگیرد. روش libs، روشی سریع و مناسب جهت تعیین ترکیبات تشکیل دهنده مواد در فازهای جامد، مایع و گاز می باشد که توانایی آشکارسازی تقریباً همه ی عناصر، قابلیت تحلیل نمونه در فازهای مختلف، کمترین نیاز به آماده سازی و کمترین تخریب نمونه از برتری های آن شمرده می شود. لیزر مورد استفاده در این پژوهش، لیزر نئودیم یاگ در طول موج اصلی nm 1064و اسپکترومترهای مورد استفاده، اسپکترومتر150s و آوانتس بوده است. بیناب برآمده از تابش پلاسمای عناصر موجود در سوپرآلیاژ ها، دارای خط های با هم پوشانی زیاد و غیرقابل تفکیک است به گونه ای که شناسایی آن ها را با دشواری همراه کرده است. از این رو، سعی شده است با تغییر انرژی لیزر و زمان تأخیری رسیدن تابش پلاسما به بیناب سنج، بیناب هایی با قابلیت جداسازی بیشتر به دست آید هم چنین، شدت خط های تابشی عناصر فلزی با توجه به غلظت آن ها در نمونه ها مورد بررسی قرار گرفته است. افزایش شدت این خط ها در نمونه های با غلظت بیشتر، با نتایج حاصل از xrf سازگاری داشته است.

در این پژوهش، طیف القایی فلوئورسانس لیزری رودامین 6g (r6g) همراه با نانوذرات تیتا نیوم دی اکسید (tio2) و اکسیدروی (zno) پس ازدمش با لیزرپیوسته نئودیم یاگ مورد مطالعه قرارگرفته است. نانوذرات تیتانیوم دی اکسید و روی اکسید در دو دانسیته بالا (بین 62 تا 370 میلی مولار) و دانسیته پایین ( بین 001/0 تا 10 میلی مولار) تهیه شده است. غلظت رودامین نیز بین 001/0 تا 10 میلی مولار تهیه شده است. جابه جایی فرکانسی، شدت تابش فلوئورسانس اندازه گیری شده و تغییر رفتار آن در چگالی های متفاوت نانوذرات و هم چنین غلظت های مختلف رودامین مورد بررسی قرارگرفته است. با افزایش دانسیته نانوذرات و غلظت رودامین، شدت فلوئورسانس افزایش یافته و پس از پشت سرگذاشتن یک شدت بیشینه فلوئورسانس، کاهش می یابد. بیشینه ی جابه جایی فرکا نسی در چگالی های بالای نانوذرات مشاهده شد، در حالی که در چگالی های پایین تغییرقابل توجه ای در فرکانس قله ی طول موج دیده نشده است. هم چنین به منظور مطالعه اثرات غیرخطی در سیستم های نامنظم در جهت دست یابی به گسیل القایی لیزری در این محیط ها، فیلم های نازک با استفاده از پلی متیل متاکریلات به عنوان میزبان تهیه شده و توسط هارمونیک دوم لیزر نئودیم-یاگ با طول موج 532 نانومتر دمش شده است. نتیجه ی حاصل از این بررسی مشاهده ی چشمه ی نوری تصادفی با فیدبک ناهمدوس یا به عبارتی لیزر تصادفی با فیدبک ناهمدوس می باشد.

چکیده تکامل علم باعث شده خصوصیات سطح و عمق مواد در صنعت بسیار مورد توجه قرار گیرد. به منظور دستیابی به اطلاعات مناسب از نمونه های چند لایه به خصوص موادی که در آن ها ترکیب هر لایه منحصر به فرد است، تعیین دقیق ترکیب عناصر نمونه و محل دقیق رابط، از اهمیت بسزایی برخوردار است. در سال های اخیر گستره ی وسیعی از روش ها برای ساختار تصویری در داخل و در روی سطح (تصویر های شیمیایی) به کار برده می شوند و بر توزیع فضایی یک گونه شیمیایی موجود در نمونه ای چند مولفه ای، که معمولاً شامل ایجاد اطلاعاتی در دو بعد یا بیشتر باشد اشاره دارند. اطلاعات تک بعدی مثل نیمرخ عمق نیز می تواند به عنوان آنالیز تصویری در نظر گرفته شود. یکی از روش های بررسی سطح،کندگی لیزری و ایجاد میکرو پلاسمای القایی لیزریlibs می باشد. یکی از مزایای این روش قابلیت آن در تعیین ترکیب عناصر چند لایه می باشد. تعیین محل دقیق رابط در این مواد با استفاده ازنیمرخ عمق انجام می گیرد.در این پروژه با استفاده از نیمرخ عمق به روشlibs، ضخامت آلیاژ های آبکاری شده نیکل- مس و قلع- مس تعیین شده است.از آنجا که تمرکز فضایی از ویژگی های مهم کندگی لیزری است بنابراین وجود این پتانسیل را می توان برای توانایی تمرکز روی نمونه استفاده نمود و اطلاعات محدود به سطح معینی از نمونه را بدست آورد. در این حالت نمونه تحت اثر تپ های متوالی لیزر در یک نقطه اش عریان می شود و به این طریق هر اطلاعاتی در مورد لایه های متوالی ناشی از فرسایش توسط لیزر را در اختیار قرار می دهد.

در این پایان¬نامه خواص غیرخطی دو نمونه رنگینه آزو، کنگو قرمز و متیل بنفش تحت تابش پرتوهای هارمونیک دوم لیزر پیوسته nd:yag با طول موج 532 نانومتر و توان 60 میلی-وات و با استفاده از روش روبش z بطور تجربی مطالعه شده است. نتایج بدست آمده نشان می¬دهد که ضریب شکست و ضریب جذب غیرخطی رنگینه کنگو قرمز و رنگینه متیل بنفش نتایج با مقدارهایی که قبلا گزارش شده مطابقت دارد. خاصیت محدودکنندگی اپتیکی نمونه¬ها نیز اندازه¬گیری شد.

در این پایان نامه روش های مختلف روبش z برای بررسی اثرات غیرخطی و اندازه گیری ضرایب شکست و جذب غیرخطی مواد معرفی شده است. و از روش روبش z استاندارد برای اندازه گیری ضرایب شکست و جذب غیرخطی نانو کلویید نقره استفاده شده است.

چکیده ندارد.

در این پایان نامه طراحی و ساخت یک دستگاه لیزر یدید مس که طول و قطر لوله تخلیه آن به ترتیب cm 49 و mm20 می باشد، گزارش شده است. سپس تاثیر پارامترهای مختلف از جمله فرکانس دمش و فشار گاز کمکی بر توان خروجی لیزر بررسی شده است. فرکانس بهینه و فشار گاز کمکی نئون جهت بیشینه توان خروجی به ترتیب 5/15 کیلو هرتز و 30 تور بدست آمده اند. علاوه بر این، عملکرد لیزر یدید مس و بستگی آن به پارامترهای مختلف با دیگر لیزرهای نمک مس مقایسه شده است. طبق نتایج بدست آمده، رفتار توان خروجی نسبت به پارامتر فشار گاز در هر سه لیزر مشابه است. همچنین روند تغییرات توان خروجی بر حسب فرکانس برای هر سه لیزر یدید، برمید و کلرید مس یکسان و به صورت صعودی است. برای لیزرهای یدید مس توان خروجی در بازه ای دارای دو بیشینه می باشد. ولی در لیزر کلرید مس به علت محدودیت بازه فرکانسی دستگاه مورد آزمایش فقط سیر صعودی نمودار دیده شده است. در انتها نیز به مقایسه نمودارها و داده های تجربی دو سیستم تک تپی و دو تپی پرداخته شده است.