دانلود پایان نامه درمورد الکترواسپینینگ

اختصاصی از کوشا فایل دانلود پایان نامه درمورد الکترواسپینینگ دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

الکترواسپینینگ

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت) + به همراه نسخه PDF

تعداد صفحه:82

رشته کارشناسی پیوسته – تکنولوژی نساجی

فهرست مطالب :

پیشگفتار ............................................................... آ – ت

فصل اول : کابرد نانو تکنولوژی در صنعت نساجی و آشنایی با علم الکترواسپینینگ

کاربرد نانو تکنولوژی در صنعت نساجی   ...................................... 2

آشنایی با علم الکترو اسپینینگ   ......................................  2

فصل دوم: آشنایی با ساختار دستگاه الکترواسپینینگ و عوامل تاثیر گذار روی خواص نانو الیاف تولید شده به روش الکترواسپینینگ

آشنایی با ساختار دستگاه الکترواسپینینگ .....................................  5

آشنایی با کارکرد دستگاه الکترواسپینینگ ........................................    6

عوامل تاثیر گذار روی خواص نانو الیاف تولید شده به روش الکترواسپینینگ ..................    7

فصل سوم : تولید نانوفیلترها بروش الکترواسپینینگ محلولهای پلیمری

آشنایی باپوشش های دارای منافذ الکتروسپون با کارایی بالاجهت عمل فیلتراسیون .........    9

مقدمه ............................................    10

محلول های پلیمری به کار رفته در تولید فیلترها به روش الکترواسپینینگ .......    12

دستگاه الکترواسپین و فرآیند ...........................................    13

روش الکترواسپینینگ محلول های پلیمری ...................    13

نتایج ........................................................    16

نتیجه گیری   ................................................ 20

فصل چهارم : تهیه لایه های الیاف پلی اتیلن اکسید / چیتوسان (chitosan) بوسیله الکترواسپینینگ   و ارزیابی سازگاری زیستی

تهیه لایه های الیاف پلی اتیلن اکسید / چیتوسان (chitosan) بوسیله الکترواسپینینگ (ریسندگی ) و ارزیابی سازگاری زیستی   ................................................  22

روش تهیه لایه های الیاف پلی اتیلن اکسید / چیتوسان (chitosan) بوسیله الکترواسپینی  23

آماده سازی محلول های الکترواسپینی .............................................    23

الکترواسپینینگ محلول   .................................................  24

نتایج   ...........................................................................  25

انواع حلال های غشاء PEO .............................................  25

میزان حجم های متفاوت غشاء PEO / Chitosan   ........................... 25

میدان ها الکتریکی مختلف در غشاءچیتوسان / PEO   ............................... 25

کشت سلولی .............................................    27

نتیجه گیری ..............................................    28

فصل پنجم : تهیه نانولوله های کاربردی در صنعت نساجی با استفاده از روش الکترواسپینینگ

نساجی و نانو لوله های کاربردی   ..............................................  30

آینده (الیاف) همراه با توانایی های حسی افزایش یافته   .....................  30

بر اساس تعداد دیواره ها , نانو تیوب ها می تواند بر 2 فهرست اصلی طبقه بندی شود ......  31

الکترواسپینینگ   ............................................................  34

مواد و روش ها ...........................................................    35

آماده سازی محلول پلیمر/CNT ......................................    36

1) پراکنش نانو تیوب ها ..................................................    36

2) انحلال پلیمر   ..............................................................  37

3) مخلوط پلیمر و محلول نانو تیوب ....................................................    37

الکترواسپینی محلول پلیمر .....................................................    37

پردازش و ویژگی سنسورهای بر اساسCNT .............................    39

پردازش الیاف غیر پیچ خورده آمده از الکترواسپینی..............................    39

خاصیت الیاف غیر پیچ خورده بدست آمده از الکترواسپینی   ........................  40

نتیجه گیری .........................................................    47

فصل ششم : آشنایی باالکترواسپینینگ کلاژن

آشنایی باالکترواسپینینگ کلاژن   ........................................ 49

مقدمه     ........................................................................ 50

فرآیند الکترواسپینینگ   ....................................................... 51

روش الکترواسپینینگ کلاژن     .........................................................  51

اسکلت هسته   ...................................................  52

نتایج   ............................................................  54

نتیجه گیری ..........................................................    58

فصل هفتم : حفاظت الکترومغناطیسی مس / فولاد ضد زنگ / الیاف پلی آمید بدست آمده از الکترواسپینینگ

حفاظت الکترومغناطیسی مس / فولاد ضد زنگ / الیاف پلی آمید بدست آمده از الکترواسپینینگ بصورت کامپوزیت های پلی پروپیلن فشرده   ..................................  61

آشنایی   ..................................................................  61

مقدمه   ......................................................... 61

گسترش کامپوزیت های رسانا همراه با خواص ESD و EMSE     .................. 62

مواد   ................................................................. 63

تولید نخهای هیبرید رسانا برای حلقه های ساخته شده , بوسیله تار و نخ پود تزئین شده   . 64

پارچه های حلقوی – تاری پودی     ................................................ 68

ساخت کامپوزیت های فشرده پارجه های حلقوی – تاری پوری   ...........................  69

ارزیابی EMSE با موج ساده   .................................................. 70

نتایج     ...................................................... 73

واریانس یا اختلاف EMSE بوسیله کامپوزیت های رسانای مختلف   ................. 73

آزمایش ESD همراه با / یا بدون کامپوزیت رسانا ...................................    77

نتیجه گیری ................................................................    81

منابع و مأخذ   .............................................................  82

چکیده :

کاربرد نانو تکنولوژی در صنعت نساجی:

با توجه به پیشرفت روز افزون علم نانو تکنولوژی و گسترش آن در اکثر صنایع ، صنعت نساجی نیز از این اصل جدا نبوده و توانایی خود را برای ظهور در تمامی صنایع همراه با علوم دیگر نشان داده و به پیشرفت های قابل ملاحظه ای در این زمینه دست یافته است

امروزه دانشمندان به فناوری‌های لازم نانو دست یافته‌اند و تولید محصولات مختلف را از طریق این فناوری به حصول رسانده اند، تنها امروزه آنچه کم است تزریق نکردن کالاهای حاصل از این فناوری به بازارهای روزمره مردم عادی در مقیاس زیاد است.  
اگر این امر صورت بگیرد بی‌شک با وسایلی روبرو می‌شویم که دنیای عادی ما را متحول می‌کند و امکانات بسیار نوینی را در اختیار می‌گیریم. به طور مثال لباس‌های حاصل از مواد نانو متری ،به گونه‌ای است که دیگر لباس نه لک می‌شود نه چروک می‌شود و ضمنا دارای خاصیت تهویه هوا و رطوبت هم خواهد بود.

اما سوالی که مطرح است این است که چگونه می توان کاربرد نانو را در صنعت نساجی نشان داد یا به طور واضح تر الیاف نانو به چه روشی در این صنعت گسترده تولید می شود .

پاسخ این سوال آسان است و آن عبارت است از علم (( الکترواسپینینگ)) .

آشنایی با علم الکترو اسپینینگ :

الکترو اسپینینگ (برق ر یسی) و به عبارتی استفاده از نیروی برق برای ریسندگی یکی از روش‌های مهم و گسترده جهت تولید الیاف نانوساختار می‌باشد. در این روش یک محلول پلیمری داخل سرنگ ریخته می‌شود و در فاصله 20 سانتی‌متری از آن، صفحه‌ای فلزی قرار می‌گیرد؛ صفحه به زمین ثابت می‌گردد و سرنگ روی پمپ قرار گرفته و سوزن آن به منبع تغذیه با ولتاژ بالا وصل می‌شود، محلول با دبی پایین به سمت سر سرنگ رفته و هنگامیکه، ولتاژ بین 30-5 کیلووات اعمال می‌شود، قطره به‌صورت جت در آمده، در طول مسیر کشیده می‌شود و پس از تبخیر شدن حلال به صفحه فلزی برخورد می‌کند و سپس به صورت الیاف نانوساختار از صفحه فلزی جمع‌آوری می‌شوند.

الیاف نانو ساختار در تمامی علوم و زمینه ها کاربردهای فراوانی دارد مثلاالیاف نانوساختار در فیلتراسیون، نانوکاتالیست‌ها و در مهندسی بافت به‌عنوان داربست برای رشد سلول مورد استفاده قرار می‌گیرندکه در فصل های ۀینده به توضیح مفصل آنها می پردازیم.            
پس از تولید نانوالیاف به روش معمول الکترواسپینینگ، پارامترهای مختلف فرایندی (ولتاژ، دبی محلول و. . .) ، محیطی (دما و رطوبت محیط) و محلول (رسانایی ویسکوزیته و. . .) را بر یکنواختی و قطر آنها بررسی می شودکه هدف، ایجاد شرایطی برای تولید الیاف با یکنواختی زیاد و قطر کم بوده و در این راستا اثر کشش سطحی و رسانایی الکتریکی محلول بر یکنواختی و قطر الیاف به‌طور دقیق مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج حاکی از آن بود که رسانایی الکتریکی محلول اثر بسیار خوبی در یکنواختی الیاف دارد به‌طوری‌که "مثلا اضافه کردن نمک کلرید لیتیم به محلول پلی استایرن در حلال DMF یکنواختی الیاف تولیدی را تا حد قابل توجهی بالا می‌برد، در عین حال قطر الیاف افزایش می‌یابد که با توجه به یکنواختی بالا در محصول به دست آمده در عوض امکان استفاده از محلول با غلظت کمتر فراهم می‌گردد. همچنین با کم کردن کشش سطحی تا حد مشخصی، یکنواختی محصول بالا می‌رود". هم‌ اکنون تحقیقات وسیعی در زمینه کاربرد این الیاف در مهندسی مواد در حال انجام است.

آشنایی با ساختار دستگاه الکترواسپینینگ:

همان طور که در شکل فوق مشاهده می گردد دستگاه الکترواسپینینگ شامل قسمت های زیر می باشد :

• منبع تغذیه با ولتاژ بالا (High voltage power)
• پمپ تغذیه محلول الکترواسپینینگ (Pump)
• سرنگ تزریق محلول (Syringe)
• مو یرگ ظریف یا سوزن تزریق(Capillary Tip)
• محلول پلیمری (Polymer solution)
• مایع خروجی از سوزن تزریق یا جت (Jet)
• حرکت تازیانه ای (مخروطی ) مایع (Taylor cone)
• صفحه فلزی ثابت شده به زمین

آشنایی با کارکرد دستگاه الکترواسپینینگ :

همان طور که در شکل فوق مشاهده می گردد بار مثبت منبع ولتاژ توسط یک سیم به سرنگ متصل می گردد . سرنگ که با سوزن تزریق در تماس است باعث انتقال این بار به سوزن مربوطه می شود یا به عبارتی بار مثبت منبع ولتاژ به سوزن منتقل می گردد . در انتهای سرنگ پمپ تزریق نصب گردیده است این پمپ وظیفه تزریق مایع الکترواسپینینگ داخل سرنگ را به سوزن تزریق دارد .

با رسیدن مایع به سوزن ، چون سوزن دارای بار مثبت دریافتی از منبع ولتاژ است مایع نیز دارای بار مثبت می گردد. محلول با دبی پایین به سمت سر سرنگ رفته و هنگامیکه، ولتاژ بین 30-5 کیلووات اعمال می‌شود، قطره به‌صورت جت در آمده ودر ابتدا دارای یک حرکت مستقیم الخط مسباشد اما پس از چند ثانیه درای یک حرکت مخروطی یا به اصطلاح دیگر تازیانه ای می شود ،وچون صفحه فلزی که در فاصله 20cm سوزن قرار دارد به زمین یا بارمنفی منبع تغذیه متصل است باعث کشیده شدن محلول دارای بار مثبت به سمت خود می گردد و به آن یک حرکت مخروطی یا شلاقی را اعمال می کند در حین حرکت به شکل یک لیف ممتد با میدان الکتروستاتیکی کشیده می شود و بوسیله سرعت بخار حلال جامد می شود وپس از برخورد محلول با صفحه فلزی به صورت الیاف نانوساختار از صفحه فلزی جمع‌آوری می‌شوند.

عوامل تاثیر گذار روی خواص نانو الیاف تولید شده به روش الکترواسپینینگ :

• میزان ولتاژ منبع تغذیه
• مقدار حرکت و سرعت پمپ تغذیه
• میزان دبی محلول الکترواسپینینگ
• میزان قطر سوزن
• فاصله بین نوک سوزن و صفحه فلزی
• کشش سطحی
• رسانایی الکتریکی محلول
• شرایط محیطی ( دما ، رطوبت و...)

آشنایی باپوشش های دارای منافذ الکتروسپون با کارایی بالاجهت عمل فیلتراسیون:

الیاف با اندازه زیر میکرونی ( که نانو الیاف خوانده می شود) به سادگی به کمک ماشین آلات الکترواسپین از محلولهای پلیمری پلی اتیلن اکساید ، پلی وینیل الکی و پلی آمید- 6 تولید می شوند.

الکترواسپین ، قدرتمند ترین ابزار برای نانو الیاف پلیمری جهت پارچه می باشد . به طور مستقیم الیاف هایی که به شکل شبکه الیاف معمولی با میزان بالاتری نسبت به سطح و حجم و اندازه ی منافذ کوچک هستند ، بر روی فیلترهای نبافت میکرو الیاف PET رسوب می کنند . شکل شناسی و توزیع قطری رشته های الکتروسپون بوسیله ی بررسی هاو تحقیقات SEM مشخص می شود و مقاومت جریان فیلترهای کامپوزیتی تولید شده ، بوسیله ی ابزارهای ارزیابی میزان نفوذپذیری هوا سنجیده می شود. الیاف الکتروسپون دارای دامنه ی قطرهای از حدود 70 الی 500 نانومتر می باشد و از طریق شبکه های نازکی به یکدیگر ازداخل متصل می شوندکه این شبکه ها دارای منافذ بسیار کوچک می باشند. بعد از فرآیند الکترواسپینی ، میزان نفوذپذیری هوای فیلتر ، 6 الی 17 بار کاهش می یابد که این یک تغییر چشمگیری را در مقاومت جریان نشان می دهد که می تواند بوسیله ی ضخامت لایه نانو الیاف و اندازه منفذ کنترل شود.

تاثیربالای نانو میکروالیاف فیلترهای کامپوزیتی می تواند در دامنه وسیعی از کاربردها مورداستفاده قرار گیرد که شامل پاکسازی هوا برای اتوماتیک بودن شرایط محیطی یا فیلتراسیون مایع می باشد .

مقدمه :

تجهیزات فیلتراسیون با فرکانس بالا به طور بزرگی از گسترش فیلتراسیون متوسط ازدو عامل نشأت می گیرد :

• نسبت سطح به حجم افزایش یافته
• اندازه منافذ کاهش یافته

معمولا اندازه منفذ بزرگتر از اندازه ذرات است ،بخصوص در فیلترهای پارچه ای یا نبافت .

اینها شامل گردآورنده هایی می شوند که بوسیله 3مکانیزم مختلف از جریان مایع جدا می شوند که عبارتند از 1- قطع کردن اینرسی 2- انتشار براون 3- قطع کردن خط جریان

گسترش های اصلی جدید درتکنولوژی فیلتر با گسترش کاغذ ساخته شده از الیاف شیشه ای دنبال می شود ( فیلتر متوسط عبارت است از یک ورقه ی ساخته شده از الیاف شیشه ای زیرمیکرونی در زمینه الیاف شیشه ای ) در اینچنین مسیر ،کوچکترین الیاف ، اندازه منافذ را کاهش می دهندو سطح خاص افزایش می یابد وبزرگترین الیاف ، مقاومت مکانیکی را باعث می شود . امروزه ، فلسفه مشابهی می تواند بوسیله تولید فیلتر متوسط کامپوزیتی شامل 2 بخش مورد استفاده قرار گیرد : 1- یکی میکرو الیاف نبافت جفت شده با زیرمیکرون یا نانوالیاف نبافت . 2 – لایه نانو الیافی که خواص فیلتراسیون را تحت تأثیر قرار میدهد که این زیرلایه اجازه استفاده از فیلتر متوسط معمولی ، مجهزبه چین را می دهد .

ساده ترین مسیر برای تولید الیاف پلیمری با اندازه ی زیر میکرونی عبارت است از فرآیند الکترواسپینی . فرآیند الکترواسپین حداقل 70 سال عمر دارد اما این روش تنها در سالهای اخیر است که به سرعت گسترش یافته است که به دلیل خواص جالب مواد پلیمری نانو ساختاری می باشد .

دستگاههای اصلی الکترو اسپینی شامل 3 جزء می شوند : یک ژنراتور الکتریکی ( تهیه ولتاژ بالا ) ، رشته باریک فلزی ، و یک گردآورنده ی زمینه ای .

پلیمر داخل محلول ، از درون یک رشته ی باریک که به ژنراتور متصل شده عبور می کند و به شکل یک لیف ممتد با میدان الکتروستاتیکی کشیده می شود و بوسیله سرعت بخار حلال جامد می شود و در نهایت بر روی سطح گرد آورنده رسوب می کند . بسیار ی از مطالعات تئوریکی بوسیله مکانیزم پایداری تشکیل لیف ازفرآیند الکترواسپین انجام می شود.بطور خاص این مساله نشان میدهد که هنگامی که نیروهای الکتروستاتیکی بیشتر از نیروی ولتاژ ( فشار ) سطح می باشند ، فوران آغاز می شود . جت آغاز بکار می کند ، بنابراین قطره در نوک رشته باریک ، بشکل یک مخروط کشیده می شود. مسیر پرتابی جت در ابتدا بصورت یک مسیر مستقیم الخط می باشد ، اما بعد از چند ثانیه از نوک ، جت دارای یک نوع عدم پایداری فعال شاری می باشد و این مسیر پرتابی آن نظیر حرکت تازیانه ،بی نظم می شود . ( که به نام عدم پایداری شلاقی شکل خوانده می شود.) همانطورکه جت کشیده می شودو در هوا طویل می گردد ، بخارهای حلال ، یک رشته ی پلیمری شارژ شده ی پیوسته ای را ترک می کند که بطور تصادفی خودش بر روی صفحه ی فلزی مجموعه قرار می گیرد .

شکل 1 : تصویری تایپیک از مواد الکتروسپون را نشان می دهد که از 7 % W/W محلول PEO در آب در 30 Kv بدست می آید .

نسبت به سایر سیستم های فیلتراسیون مواد الکتروسپون برای بسیاری از دامنه های کاربرد ی از بافته و کامپوزیت فشرده گرفته تا حس گرها و وسایل زیست پزشکی و مواد برای مهندسی بافت ، باند ضخم ، پروتز های پزشکی ،توزیع دارو و ترکیبات داروئی بکار می رود .

الکترواسپین بوسیله پارامترهایی قانون مند می شود : ویژگیهای دستگاه ( ولتاژ تهیه شده ، مسافت فعالیت بین نوک و گردآورنده ، میزان جریان محلول ، قطر رأس )

2- خواص محلول پلیمر ( وزن مولکولی پلیمر ، غلظت ، ویسکوزیته یا گران روی ، رسانایی الکتریکی ، ولتاژ سطحی و فشار بخار حلال )

3- پارامترهای محیطی نظیر درجه ی حرارت ، رطوبت ،تهویه و فشار .

دراین روش ، محلول های پلیمری پلی اتیلن اکساید ( PEO) پلی ونیل الکل ( PVA ) و پلی آمید – 6 ( PA6 ) الکتروسپون می شوند و در بالای گرد آورنده ، یک فیلتر معمولی پیچ نخورده الیاف PET در شرایط هوایی مورد استفاده قرارمی گیرند. در نتیجه بر روی سطح فیلتر ، رشد لایه ی نانو الیافی را مشاهده می شود که سبب کنترل مقاومت نسبت به جریان هوای کامپوزیت نانو میکروالیافی می گردد.

محلول های پلیمری به کار رفته در تولید فیلترها به روش الکترواسپینینگ:

پلیمرهای بکار رفته جهت تولید فیلترها شامل PEO ()، PVA ، Pay (پلی آمید 6 تجاری) می باشد . PEO در آب تقطیر شده در درجه حرارت محیطی برای حدود 10 ساعت ، PVA در آب داغ (C 90) برای حدود 4 ساعت و Pay در اسید فورمیک %85 در درجه حرارت محیطی برای حدود 10 ساعت به صورت مایع در می آید رسانایی الکتریکی محلول ها بوسیله PC300 یک دستگاه آزمایش کننده چند پارامترس از Eutec ارزیابی می شود . دامنه های غلظت پلیمری وپارامترهای اساسی فرایند (میزان جریان ، ولتاژ و قطر راس )که به طور موفقیت آمیزی بروی سیستم الکترو اسپین مورد استفاده قرار می گیرد در جدول 1 گزارش شده است با توجه به این نتایج برای تولید فیلترهای کامپوزیتی نانو میکرو الیاف با اندازه باریک قطر ، عدم قطره ها یا دانه ها و رسوب یکپارچه الیاف الکتروسپون ، شرایط مورد نظر انتخاب می شود .

و...

NikoFile

دانلود پایان نامه برق درمورد اسیلاتور

اختصاصی از کوشا فایل دانلود پایان نامه برق درمورد اسیلاتور دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

اسیلاتور

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه:60

چکیده :

با توجه به رشد سریع شبکه های مخابراتی بی سیم، ارتباط بسیار نزدیکی بین الکترونیک و مخابرات میدان پدید آمده است. در مخابرات ما با سیستم هایی کار می کنیم که احتیاج به فرکانس دقیق دارند تا از خطاهای جیتر که منجر به isi می شوند جلوگیری کنیم، با این کار هزینه ها بسیار پایین می آید و نیاز به تکرار کننده های دیجیتال کمتر می شود. بنابراین مهندسان الکترونیک با طراحی کردن نوسان سازهای با دقت فرکانسی بالا، خطی در گسترة استفاده و دارای نویزکم به کمک مهندسان مخابرات می آیند. این فرکانس دقیق از فرکانس کلاک در میکروپروسسورها تا تلفن های سلولی استفاده دارند و هر کدام از این کاربردها احتیاج به توپولوژی خود را دارد. در یکی احتیاج به توان بسیار پایین نیاز نیست ولی در عوض فرکانس دقیق مورد نیاز است و در دیگری برعکس. بنابراین یک مبادله در هر کاربرد وجود دارد.

نوسان سازی که بتواند در گسترة بیشتر فرکانس های مخابراتی خاصیت خطی داشته باشد، امروزه مورد نیاز است. بنابراین خطی بودن یک خاصیت مهم برای نوسان سازها است. برای این کار باید به خصوصیات ورکتوری که در نوسان ساز استفاده می شود توجه کافی بشود. امروزه باید به فکر گستره های فرکانسی بالاتری بود، زیرا با پیشرفت صنعت فرکانس مورد استفاده در وسایل الکترونیکی و مخابراتی بیشتر می شود.

در بخش یک سعی شده تا نوسان سازها بررسی شود و تعاریف و شرایطی که یک مدار باید داشته باشد تا نوسان کند ارائه شده است. در بخش دوم به طور خاص به بررسی نوسان سازهای LC اختصاص داده شده است و انواع این نوسان سازها به طور مختصر بررسی شده است. در بخش سوم به بررسی VCO ها که موضوع اصلی این تحقیق است پرداخته شده است و به طور اجمالی ویژگی های ریاضی آنها و شرایطی که باعث می شوند آنها پرکاربرد باشند را شرح داده است. در بخش چهارم در مورد وکتور با مقاومت متغیر بحث می کند و مداراتی که به آنها ویژگی نزدیک به ایده آل می دهد و در بخش پنجم به وسیلة چند روش ذکر شده در بخش های قبلی به بررسی یک نوسان ساز در گسترة وسیع می پردازیم. قابل توجه است که بخش پنجم انشاء ا... در گزارش بعدی کامل خواهد شد و هدف اصلی در بخش پنجم تحقق پیدا خواهد کرد.

بخش 1: تعاریف و مثال های نوسان سازها:

ابتدا برخی از مثال ها و تعاریف اولیه و ویژگی های اسیلاتورها را زیر بیان کرده و سپس به بررسی چند مدار واقعی اسیلاتورها و VCO ها می پردازیم.

وظیفة یک اسیلاتور (یا نوسان ساز) ایجاد یک خروجی متناوب است. بلوک دیاگرام یک اسیلاتور را در حالت کلی می توان به صورت زیر نشان داد:

در واقع اسیلاتور یک مدار فیدبک دار است (که این مدار معمولاً از تعدادی از ترانزیستورها ساخته شده است) که در یک فرکانس خاص نوسان می کند که البته این فرکانس معمولاً قابل تغییر است و در یک محدوده ای قرار دارد (در مبحث VCO ها به این مطلب بیشتر اشاره می شود). معمولاً ساختار اسیلاتور این گونه است که بدون آنکه ورودی به آن اعمال شود، یک خروجی تناوبی ایجاد می کند، به همین دلیل نیاز است که بهرة حلقه بستة شکل بالا در فرکانس نوسان (مثلاً ) به سمت بی نهایت رود به عبارت دیگر باید داشته باشیم:

در این شرایط اعمال یک نویز با دامنه بسیار کوچک هم کافی است که به خروجی مورد نظر دست یابیم. در حقیقت برای آنکه نوسان شروع شود باید بهره حلقه بزرگتر یا مساوی 1 باشد (زیرا در این صورت خروجی مرتب تقویت می شود و برای خروجی یک سری هندسی واگرا به دست می آید) و نیز باید مجموع انتقال فاز برابر درجه (یا همان صفر درجه) باشد. این شروط که «شرط بارکها وزن» نامیده می شوند به صورت زیر قابل بیان است:

شرط 2:            و شرط 1  

که در صورت داشتن دو شرط بالا مدار در فرکانس نوسان خواهد کرد. باید توجه کرد که شرط 2 را با فرض وجود فیدبک منفی نوشتیم و اگر فیدبک مثبت باشد. این شرط به صورت یا در می آید (زیرا قرار است که کل انتقال فاز 360 درجه شود.)

حال به عنوان اولین قدم به دنبال تحقق مدار توصیف شده با شرایط بالا می رویم، ساده ترین توپولوژی که به نظر می رسد، یک ترانزیستور سروس مشترک فیدبک دار است. باید ببینیم که آیا شروط بارکها وزن در آن صدق می کند یا نه. اگر در نظر بگیریم که باشد، در شرط 1 صدق خواهد کرد زیرا . ولی این مدار ؟ نمی تواند در شرط2 صدق کند. زیرا در مدار یک طبقه فقط یک قطب داریم که حداکثر می تواند اختلاف فاز 90 درجه ایجاد کند و با در نظر گرفتن وارونگی سیگنال از گیت به درین، حداکثر انتقال فاز کل به 270 درجه می رسد. در نتیجه این مدار نوسان نمی کند.

حال که نتوانستیم با مدار یک طبقه سورس مشترک، یک نوسان ساز بسازیم، منطقاً باید به سراغ مداران چند طبقه برویم. ابتدا یک مدار دو طبقه را در نظر می گیریم (شکل 2).

در مدار شکل 2 چون دوبار وارونگی سیگنال رخ می دهد، در نزدیک فرکانس صفر دارای بند یک مثبت خواهد بود و مدار قفل خواهد کرد زیرا زیاد بشود، کم خواهد شد و در نتیجه ولتاژ گیت کم می شود و خاموش می شود و در نتیجه باز هم افزایش می‌یابد تا جائی که به می رسد و به صفر می رسد و در این حالت مدار در این حالت می ماند.

ممکن است تصور شود که اگر شکل قفل شدن در شکل 2 حل شود، مدار نوسان خواهد کرد. برای اینکه ببینیم این تصور درست است یا نه این ؟؟ قفل شدن را با گذاشتن یک طبقة وارونگر ایده آل بین و ، برطرف می کنیم، ولی باز هم مدار نوسان نخواهد کرد، زیرا برای نوسان کردن مدار باید اختلاف فاز وابسته به فرکانس به 180 درجه برسد یعنی اینکه هر کدام از قطب ها باید 90 درجه اختلاف فاز ایجاد کند که این اتفاق در فرکانس های بالا رخ می دهد ولی برای حلقه در فرکانس های خیلی بالا افت خواهد کرد و شرط برآورده نمی شود.

حال که در رسیدن به مدار یک نوسان ساز دو طبقه ناکام ماندیم به سراغ مدارهای سه طبقه می رویم. با فرض یکسان بودن قطب های بر یک از سه طبقه، اختلاف فاز وابسته به فرکانس در فرکانس بی نهایت به درجه می رسد در این صورت اگر اختلاف فاز وابسته به فرکانس را برابر درجه قرار دهیم (که در نتیجه با سه بار وارون شدن سیگنال اختلاف فاز کل صفر درجه خواهد بود) ممکن است بتوان به رسیدم. در نتیجه مدار سه طبقه ممکن است بتواند نوسان کند.

حرف بالا کلی بود، به عنوان یک مثال از شرایطی که مدار واقعاً نوسان می کند، در نظر بگیرید تابع تبدیل بر شبکه به صورت است، پس می توان نوشت:

اگر فرض کنیم که این مدار سه طبقه در فرکانس نوسان کند، با توجه به اینکه هر طبقه باید 60 درجه اختلاف فاز ایجاد کند و بهرة حلقه حداقل مقدار را داشته باشد یعنی مقادیر و به صورت زیر به دست خواهد آمد:

          و

یعنی اینکه این نوسان ساز حلقوی سه طبقه با بهره 2 در هر طبقه و در فرکانس نوسان می کند.

در بالا ما برای ارضای شروط بارکها وزن به جای آنکه را در نظر بگیریم، شرط را مدنظر قرار داریم حال اگر بشود (یا اینکه ) چه اتفاقی خواهد افتاد؟ در حقیقت در صورت افزایش دامنة نوسان طبقات موجود در مسیر سیگنال دچار خاصیت غیرخطی و اشباع می شوند و دامنة ماکزیمم را محدود می کنند و در نتیجه بهرة حلقه متوسط برابر با یک خواهد شد. یعنی این مدار به صورت یک مدار پایدار کار می کند که در صورت بزرگ تر شدن مقدار از یک، آن را دوباره به مقدار یک باز می گرداند.

از آن جایی که معمولاً در طراحی مدارها، بخش عمده ای از مدار را بلوک‌های دیجیتالی در بر می گیرد، برای حذف نویز ناشی از Clouk ها باید، مدار را به صورت دیفرانسیلی بسازیم. شکل دیفرانسیلی مدار نوسان کنندة سه طبقه به صورت شکل زیر است: (شکل 3)

ولی در عمل هیچ گاه مدار را به صورت بالا با مقاومت های نمی سازند زیرا در فناوری های CMOS مقاومت با کیفیت بالا وجود ندارد. لذا عملاً از خود مقاومت های ترانزیستوری استفاده می شود. به این منظور سه روش استفاده از این نوع مقاومت ها را معرفی می کنیم:

روش 1: همانطور که در شکل 4 دیده می شود می توان یک ترانزیستور PMOS را که به عنوان مقاومت بار استفاده می شود و در ناحیة تریود عمیق کار می کند را به کار برد.

در صورتی که ترانزیستورهای و در حالت تریود عمیق باشند (یعنی )، مقاومتی که از ؟ هر یک از ترانزیستوری و دیده می شود برابر است با که:

در این حالت باید طوری انتخاب شود که در ناحیه تریود عمیق بمانیم زیرا باید به دقت تعریف شده باشد.

روش 2: در این روش از بار وصل شده به صورت دیود استفاده می کنیم (شکل 5) بدین ترتیب مقاومتی که از این ترانزیستورهای و دیده می‌شود برابر است با .

اشکالی که در این روش وجود دارد این است که سقف ولتاژ را به اندازة یک ولتاژ آستانه بالا می برد.

روش 3: تیم روش از دو روش قبل مناسب تر می باشد. در این روش یک سورس فالوئو NMOS بین درین و گیت هرترانزیستور RMOS قرار می‌گیرد (شکل 6).

در این روش و فقط سقف ولتاژی به میزان را مصرف می‌کنند.

اگر داشته باشیم ، آنگاه در لبة ناحیة تریود کار می کند و در نتیجه داریم: ، یعنی در واقع به اندازه یک می‌باشد و در اینجا کمتر از روش 2 است پس این مدار نیاز به سقف ولتاژ کمتری نسبت به روش 2 دارد. در این حالت مقاومت سیگنال کوچک بار تقریباً برابر با است در راستای بررسی نوسازی سازهای حلقوی سه طبقه، یک نمونه سادة نوسان سازها که به مقاومت نیازی ندارد را بررسی می‌کنیم. همانطور که در شکل 7 دیده می شود. اگر سه طبقة وارونگر (Invertor) را پشت سرهم قرار دهیم، یک نوسان ساز ساخته ایم:

در شکل 7 اگر طبقات یکسان باشند و نویزی در مدار نباشد، مدار همیشه در این حالت خواهد ماند. فرض کنید تأخیر هر وارونگر به اندازة باشد و مدار با ولتاژ شروع کند، در این صورت داریم: ، بنابراین صفر می شود و بعد از ثانیه به می رسد و نیز بعد از ثانیة دیگر به صفر می رسد و اگر این روند را دنبال کنیم در می یابیم که سیگنال های و و یک سیگنال متناوب با دورة متاوب خواهند بود.

تحلیل فوق یک تحلیل سیگنال بزرگ بود و از آن به دست آمد که فرکانس نوسان سیگنال بزرگ برابر است ولی همانطور که ما در قبل با تحلیل سیگنال کوچک wosc یک مدار سه طبقه را به دست آوردیم، اگر باشد، مقدار این فرکانس برابر است با .

توجه به این نکته ضروری است که دو مقدار فوق لزوماً با هم برابر نیستند. زیرا توسط مقاومت و خازن خروجی سیگنال کوچک هر وارونگر به دست می آید ولی از خازن و تحریک جریان غیرخطی و سیگنال بزرگ هر طبقه نشأت می گیرد این نکته بیانگر آن است که نوسانات با فرکانس شروع می شود ولی وقتی که دامنة سیگنال افزایش می یابد، مدار غیرخطی تر شده و فرکانس نوسانات به تبدیل خواهد شد که مقدارش از مقدار کمتر است حال اگر بخواهیم مدار نوسان کننده را با تعداد بیشتری وارونگر بسازیم باید توجه داشته باشیم که تعداد کل وارونگرها در حلقه باید عددی فرد باشد، زیرا در غیر این صورت مدار قفل می کند (مانند آنچه در شکل 2 دیده شد).

اگر پیاده سازی مدار به صورت دیفرانسیلی باشد می توان از تعداد خروجی طبقه استفاده کرد به شرط آنکه یکی از طبقات باید طوری بسته شود که عمل منفی کردن را انجام ندهد که این خود یک مزیت دیگر مدارهای دیفرانسیلی نسبت به مدارهای تک سر است.

حال که کلیّت نوسان سازها را شناختیم و چند مثال از آن را دیدیم، به سراغ دستة دیگری از نوسان سازها موسوم به نوسان سازهای LC می رویم.

بخش 2: نوسان سازهای LC

قبل از معرفی انواع مختلف نوسان سازهای LC به برخی اصول کلی مدارهای RLC می پردازیم:

اگر سلف را با خازن موازی کنیم در فرکانس مدار دچار تشدید می شود یعنی در این فرکانس امپدانس سلف برابر است با قرینة آمپدانس خازن، زیرا داریم در این حالت آمپدانس معادل آن ها بی نهایت خواهد شد و ضریب کیفیت مدار (Q) نیز برابر بینهایت خواهد بود ولی در عمل ما هیچ گاه یک سلف خاص نداریم و هر سلف دارای مقدار محدودی مقاومت نیز است (شکل 8) در این صورت با محاسبه به دست خواهیم آورد:

با توجه به رابطة فوق در می یابیم که مقدار آمپدانس در پیچ w هایی دیگر بی نهایت نخواهد شد ولی باز هم در فرکانس مقدار افزایش می یابد (مقدار ماکزیمم در حوالی قرار می گیرد و مکان دقیقش قدری به وابسته است) در ضمن در مدار بالا مقدار Q را به صورت تعریف می کنیم.

برای راحتی مدار شکل را به مدار شکل 9 تبدیل می کنیم، پس از نوشتن آمپدانس معادل هر دو مدار روابط زیر به دست می آید:

 و و

حال که ترکیب معادل موازی (شکل 9) را مطرح کردیم به نکتة زیر توجه می‌کنیم:

در فرکانس ، ترکیب موازی و دارای آمپدانس بی‌نهایت خواهد بود و در نتیجه شکل 9 به یک مقاومت ساده بول می گردد، یعنی در فرکانس اختلاف فازی بین ولتاژ و جریان وجود ندارد.

حال اگر و را برحسب w رسم کنیم نمودارهای زیر به دست خواهد آمد (شکل 10):

با توجه به این نمودارها اطلاعات زیر به دست می آید:

1- حداکثر مقدار در رخ می دهد و در فرکانس های دور از مقدار بسیار کوچک است.

2- فاز امپدانس z در برابر است و در برابر است و در برابر 0 است (از این نکته که در داریم در ساختن نوسان سازهای LC استفاده خواهد شد)

3- رفتار مدار برای سلفی و برای خازنی است .

حال به عنوان یک مثال مقدماتی و قبل از بررسی انواع نوسان سازهای LC ، به شکل زیر توجه می کنیم (شکل 11) اگر در فرکانس تشدید (یعنی ) به مدار نگاه کنیم، کل تانک تبدیل می شود به مقاومت و در نتیجه داریم:            

حال مدار شکل 11 را به صورت فیدبک به کار می بریم (یعنی ورودی را به خروجی وصل می کنیم) این مدار نوسان نخواهد کرد. زیرا نمی تواند شرط دوم بارکها وزن را تأمین کند. یعنی اینکه با توجه به شکل ب – 10 ، اختلاف فاز وابسته به فرکانس حداکثر برابر 90 درجه است. و هیچ گاه به 180 درجه نمی رسد. پس این مدار هرگز نوسان نخواهد کرد.

و...

NikoFile

دانلود پایان نامه برق درمورد موتور سنکرون

اختصاصی از کوشا فایل دانلود پایان نامه برق درمورد موتور سنکرون دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

موتور سنکرون

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه:154

فهرست مطالب :

1-1: مقدمه

1-2: کمیات اساسی الکتریکی

1-2-1: بار

1-2-2: جریان

1-2-3: ولتاژ

1-2-4: توان الکتریکی

1-2-5: مقاومت

1-3: اتصال سری مقاومتها

1-4: اتصال موازی مقاومتها

1-5: منابع

1-5-1: منبع ولتاژ

1-5-2: منبع جریان

1-6: قانون ولتاژ کیرشهف (KVL)

1-7: مقسم ولتاژ

1-8: مقسم جریان

1-9: مدارهای مختلط

1-10: زمین مدار

مسائل فصل 1

فصل دوم: جریان متناوب

2-1: موج سینوسی

2-2: فرکانس

2-3: مقدار متوسط

2-4: قوانین اهم در مدارهای AC

2-4-1: فاز

2-5: فازور

2-6: اعداد مختلط

2-7: ساده کردن اعداد مختلط

2-8: موج پالس

2-9: موج مثلثی

مسائل فصل دوم

فصل سوم روشهای تحلیل مدار

3-1: تبدیل منابع

3-2: قضیه جمع آثار

3-3: روش ولتاژ گره ها

3-4: روش جریان مش

3-5: روش تونن

3-6: روش نورتن

3-7: انتقالی حداکثر توان به بار

مسائل فصل 3

فصل چهارم: وسایل اندازه گیری

4-1: ولتمتر

4-2: آمپرمتر

4-3: اهم متر

4-4: تست کردن قطعات الکتریکی

4-4-1: سیم

4-4-2: مقاومت

4-4-3: سلف

4-4-4: خازن

4-5: اسیلسکوپ

مسائل فصل چهارم

فصل پنجم: خازن و سلف در جریان مستقیم

5-1: خازن

5-2: خازن در جریان مستقیم

5-3: شارژ خازن

5-4: دشارژ خازن

5-5: به هم بستن خازنها

5-6: سلف

5-7: سلف در جریان مستقیم

5-8: تغییرات جریان در سلف

5-9: به هم بستن سلف ها

مسائل فصل پنجم

فصل ششم: خازن و سلف در جریان متناوب

6-1: مدارهای RC

6-1-1: مدارهای RC موازی

6-2: مدارهای RL

6-2-1: مدار RL سری

6-2-2: مدار RL موازی

مسائل فصل ششم

فصل هفتم: مدارهای RLC

7-1: RLC سری

7-1-1: فرکانس تشدید مدار سری

7-2: RLC موازی

7-2-1: فرکانس تشدید در RLC موازی

7-3: پهنای باند

مسائل فصل هفتم

فصل هشتم ترانسفورماتورها

8-1: اندوکتانس متقابل

8-2: توان

8-3: بازتاب امپدانس

مسائل فصل هشتم

فصل نهم: سیستم های چند فازه

9-1: سیستم تک فاز

9-2: سیستم سه فاز

9-3: توان در مدارهای سه فاز

مسائل فصل نهم:

فصل 10: موتور و ژنراتورهای DC

10-1: موتورهای DC

10-2: معرفی موتورهای DC

10-3: انواع موتورهای DC

10-4: مدار معادل موتورهای DC

10-5: موتورهای DC تحریک مجزا و موازی

10-6: مشخصه پایانه ای موتور DC موازی

10-7: معرفی ژنراتورهای DC

10-8: ژنراتور تحریک مجزا

10-9: مشخصات پایانه ای ژنراتورهای تحریک مجزا

10-11: کنترل ولتاژ پایانه ای

10-12: ژنراتور dc موازی

10-13: موتورهای سنکرون

10-14: مدار معادل موتور سنکرون

10-15: موتور سنکرون از دید میدان مغناطیسی

10-16: کار موتور سنکرون در حالت پایدار

10-17: سختی مشخصه گشتاور در سرعت موتور سنکرون

10-18: اثر تغییرات بار روی موتور سنکرون

10-19: نمودار فیزوری ژنراتور سنکرون

10-20: ژنراتور سنکرون

10-21: ساختمان ژنراتور سنکرون

10-22: سرعت و چرخش ژنراتور سنکرون

10-23: اندازه گیری پارامترهای مدل ژنراتور سنکرون

10-23-1: نسبت اتصال کوتاه

10-24: اثر تغییرات جریان میدان بر موتورهای سنکرون

10-25: موتور سنکرون کم تحریک و موتور سنکرون پر تحریک

مسائل

چکیده :

اجزا واحدها در سیستم SI به صورت اعشاری است. برای مشخص کردن توان های ده، پیشوندهای خاصی همراه واحدهای این سیستم به کار می رود. این پیشوندها عبارتند از:

پیکو (P و 12-10)           کیلو (K و 103)

نانو (n و 9-10)                 مگا (M و 106)

میکرو           گیگا (G و 109)

میلی                سانتی (C و 2-10)

1-2 : کمیات اساسی الکتریکی

1-2-1- بار

می دانیم که در یک اتم، الکترون بار منفی و پروتون بار مثبت دارد و بار یک الکترون با بار یک پروتون برابر است. واحد بار الکتریکی کولن (C) است. یک کولن برابر بار 108*24/6 الکترون است. یعنی یک الکترون دارای بار C 19-10*6/1 است.

1-2-2- جریان

بار متحرک نشان دهنده جریان است. جریان در یک مسیر مجزا، مثلاً یک سیم فلزی، علاوه بر مقدار، جهت نیز دارد. جریان، آهنگ عبور بار از یک نقطه در یک جهت خاص است.

پس از مشخص کردن یک جهت مرجع، کل باری که از زمان t=0 به بعد از یک نقطه مرجع در آن جهت عبور کرده را q(t) می نامیم. آهنگ عبور بار در لحظه t برابر است. با کاهش فاصله می‎توان نوشت:

جریان، برابر آهنگ زمانی عبور بار مثبت از یک نقطه مرجع در یک جهت مشخص است. جریان را با i یا I نشان می‎دهیم. بنابراین:

(1-2)                         

واحد جریان آمپر (A) است. یک آمپر، انتقال بار با آهنگ 1 کولن بر ثانیه را نشان می‎دهد. برای به دست آوردن باری که در فاصله t0 تا t منتقل شده، می‎توان از رابطه 1-3 استفاده کرد:

(1-3)                    

1-2-3- ولتاژ

هر عنصر را به صورت یک شکل دارای دو پایانه یا دو سر نشان می‎دهیم. (شکل 1-1)

فرض کنید جریانی به پایانه A عنصر مداری شکل 1-1 وارد شده و از پایانه B خارج می‎شود. برای عبور این جریان، باید مقداری انرژی صرف شود. در این صورت
می گوییم بین دو پایانه B , A ، اختلاف پتانسیل یا ولتاژ الکتریکی وجود دارد. بنابراین ولتاژ روی یک عنصر، معیاری از کار لازم برای عبور بار از طریق آن است. ولتاژ یا اختلاف پتانسیل بنابر تعریف عبارت است از کار انجام شده برای انتقال بار q از یک نقطه به نقطه دیگر. یعنی:

(1-4)                                                   

که در آن v اختلاف پتانسیل بر حسب ولت (v)، w کار انجام شده و q بار الکتریکی است.

1-2-4- توان الکتریکی

توان آهنگ مصرف انرژی است. اگر برای انتقال 1 کولن بار از یک عنصر، 1 ژول انرژی مصرف شود، توان لازم برای انتقال یک کولن بار در ثانیه، یک وات خواهد بود. رابطه توان را می‎توان به صورت رابطه 1-5 نوشت:

(1-5)                          p=v .i  

که p توان الکتریکی بر حسب وات (w) است. یعنی یک وات برابر یک ولت آمپر است.

1-2-5- مقاومت

هر عنصر مداری که در آن انرژی تلف شود، معمولاً ولتاژ دو سرش با جریان گذرنده از آن متناسب است. یعنی:

(1-6)                     V=RI

که R ثابت تناسب است و مقاومت آن عنصر می‎باشد. واحد مقاومت اهم است و رابطه 1-6 قانون اهم نام دارد.

شکل 1-2 علامت مداری یک مقاومت را نشان می‎دهد.

در یک مقاومت، جریان از نقطه با پتانسیل بیشتر به نقطه با پتانسیل کمتر جاری می گردد. معمولاً پتانسیل بیشتر را با علامت + و پتانسیل کمتر را با علامت - نشان می دهند. مقاومت، یک عنصر مصرف کننده انرژی الکتریکی است. یعنی ‎توان در آن تلف می‎شود. توان تلف شده در یک مقاومت از رابطه 1-7 به دست می‎آید.

(1-7)                    

عکس مقاومت را رسانایی می گوئیم و با G نشان می‎دهیم. بنابراین:

(1-8)                         

واحد رسانایی مهو یا زیمنس است.

1-3- اتصال سری مقاومت ها

منظور از سری کردن مقاومت ها آن است که آنها را به صورت زنجیره ای و سر به سر به هم وصل کنیم. در اتصال سری فقط یک مسیر برای عبور جریان به وجود می‎آید و لذا از تمامی مقاومت ها جریان یکسانی می گذرد. شکل 1-3 اتصال سری مقاومت ها را نشان می‎دهد.

می‎توان تعدادی مقاومت سری را ساده کرد و به جای آنها یک مقاومت گذاشت. این مقاومت را مقاومت کل یا مقاومت معادل می گوییم. اگر مقاومت های Rn , … , R2, R1 به صورت سری به هم متصل باشند، مقاومت معادل آنها از رابطه 1-9 به دست می‎آید.

(1-9)                    

مثال 1-1

در مدار شکل 1-4 مقدار مقاومت کل را حساب کنید.

حل :        

1-4- اتصال موازی مقاومت ها

هرگاه دو یا چند مقاومت در یک مدار الکتریکی از دو سر به هم متصل باشند آنها را موازی می گوئیم. در اتصال موازی مقاومت ها، ولتاژ تمام مقاومت ها با هم برابر است. شکل 1-5 اتصال موازی مقاومت ها را نشان می‎دهد.

و...

NikoFile

دانلود پایان نامه برق درمورد پروتکل های مسیریابی و درجه مشارکت نودها در مسیریابی

اختصاصی از کوشا فایل دانلود پایان نامه برق درمورد پروتکل های مسیریابی و درجه مشارکت نودها در مسیریابی دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

پروتکل های مسیریابی و درجه مشارکت نودها در مسیریابی

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه:81

چکیده :

امروزه تمایل به استفاده از شبکه های بی سیم روز به روز در حال افزایش است ،‌ چون هر شخصی،‌ هر جایی و در هر زمانی می تواند از آنها استفاده نماید . در سالهای اخیر رشد شگرفی در فروش کامپیوترهای laptop و کامپیوترهای قابل حمل بوجود آمده است . این کامپیوترهای کوچک،‌به چندین گیگا بایت حافظه روی دیسک ،‌ نمایش رنگی با کیفیت بالا و کارتهای شبکه بی سیم مجهز هستند . علاوه بر این ،‌ این کامپیوترهای کوچک می توانند چندین ساعت فقط با نیروی باتری کار کنند و کاربران آزادند براحتی آنها را به هر طرف که می خواهند منتقل نمایند . زمانی که کاربران شروع به استفاده از کامپیوترهای متحرک نمودند ،‌ به اشتراک گذاشتن اطلاعات بین کامپیوترها یک نیاز طبیعی را بوجود آورد . از جمله کاربردهای به اشتراک گذاری اطلاعات در مکانهایی نظیر سالن کنفرانس ،‌کلاس درس ‌،‌ ترمینالهای فرودگاه و همچنین در محیط های نظامی است .

دوروش برای ارتباط بی سیم بین کامپیوترهای متحرک وجود دارد .

• استفاده از یک زیر ساخت ثابت که توسط یک Acces point خارج شد آنگاه در محدوده رادیویی Wireless Access point ها فراهم می آید . که در این گونه شبکه ها ،‌ نودهای متحرک از طریق Access Point ها با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند و هنگامیکه یک نود از محدوده رادیویی Access Pointدیگری قرار می گیرد . مشکل اصلی در اینجا هنگامی است که یک اتصال باید از یک Access Point به Access Point دیگری تحویل داده شود ،‌ بدون آنکه تاخیر قابل توجهی به وجود آید ویا بسته ای گم شود .
• شکل دادن یک شبکه بی سیم Adhoc در بین کاربرانی است که می خواهند با هم ارتباط داشته باشند . این گونه شبکه ها زیر ساخت ثابتی ندارند و کنترل کننده و مرکزی نیز برای آنها وجود ندارد .

شبکه های بی سیم Adhoc از مجموعه ای از نودهای متحرک تشکیل شده اند که این نودها قادرند به طور آزادانه و مداوم مکانشان را در شبکه تغییر دهند . نودهای موجود در شبکه Adhoc همزمان به عنوان client و مسیریاب عمل می کنند و با توجه به عدم وجود ساختار ثابت در این گونه شبکه‎ها ،‌ نودها مسئولیت مسیریابی را برای بسته هایی که می خواهند در شبکه ارسال شوند بر عهده دارند و در انجام این امر با یکدیگر همکاری می کنند .

هدف ما نیز در اینجا بررسی و مطالعه بر روی خصوصیات و ویژگی های این تکنیکهای مسیر یابی است . لازم بذکر است پروتکل های مسیریابی متفاوتی برای استفاده در شبکه های Adhoc پیشنهاد شده اند که پس از مطالعه اجمالی برروی نحوه عملکرد هر یک از آنها ،‌ قادر خواهیم بود آنها را بر طبق خصوصیاتشان قسمت بندی نمائیم .

چرا نیاز به طراحی پروتکلهای مسیر یابی جدیدی برای شبکه های Adhoc وجود دارد ؟‌

در شبکه های سیم دار تغییرات در توپولوژی شبکه بندرت اتفاق می افتد . بیشتر host ها و نودهای دیگر در یک جای مشخصی در شبکه قرار دارند ویک شکستگی در لینک زمانی اتفاق می‎افتد که یک قطع فیزیکی نظیر fail‌ شدن host و یا خسارت فیزیکی کامل اتفاق بیفتد . برای این نوع شبکه های سیم دار با ساختار ثابت یک الگوریتم مسیریابی کلاسیک به خوبی کار می کند.

برای اینکه اطلاعات جداول مسیریابی بروز باشند ،‌مسیریابها به صورت دوره ای اطلاعاتشان را با یکدیگر مبادله می کنند و در حالتی که یک failure‌ ی در لینکی اتفاق بیفتد مسیرها باید مجدداً محاسبه شوند ودر شبکه منتشر گردند. این پروسه یک مدت زمانی طول می کشد که چنین چیزی در شبکه های سیم دار طبیعی است و آشکار است که چنین روشی در شبکه های Adhoc کار نخواهد کرد . در این شبکه ها از آنجایی که نودها مرتباً در حال حرکت هستند ،‌ تغییراتی که در لینکها به وجود می آید نیز بسیار مداوم خواهد بود . به عنوان مثال زمانی را در نظر بگیرید که 2 تا نود در حالی با هم ارتباط برقرار کرده اند که مدام از همدیگر فاصله می گیرند . تا زمانی که هردوی آنها در محدوده ارتباطی همدیگر باشند این ارتباط می تواند حفظ گردد. ولی هنگامیکه فاصله بین نودها بیشتر شود دیگر این ارتباط نیز میسر نخواهد بود . حال تصور کنید که تعداد زیادی از نودها مطابق این سناریو رفتار نمایند ،‌ در این حالت لینکهای زیادی شکل خواهند گرفت ومسیرهای جدیدی به سمت مقصدها محاسبه خواهد شد و در مقابل لینکهای بسیاری نیز شکسته خواهند شد و مسیرهای بسیاری نیز از بین خواهند رفت .

از دیگر مواردی که می توان به عنوان دلایل نیاز به طراحی پروتکلهای مسیریابی جدید برای شبکه‎های Adhoc به آنها اشاره کرد عبارتند از :‌

• پروتکلهای مسیریابی شبکه های سیم دار بار محاسباتی بسیار زیادی را به صورت مصرف زیاد حافظه و همچنین مصرف زیاد انرژی بر روی هر کامپیوتر قرار می دهند .
• پروتکلهای مسیریابی مورد استفاده در شبکه های سیم دار از مشکلات به وجود آوردن حلقه‎های کوتاه مدت وبلند مدت رنج می برند .
• متدهایی که برای حل مشکلات ناشی از بوجود آوردن حلقه ها در پروتکلهای مسیریابی سنتی استفاده می شوند در شبکه های Adhoc عملی نیستند .

این تفاوتها بین شبکه های سیم دار و بی سیم به راحتی آشکار می کند که یک پروتکل مسیریابی برای شبکه های Adhoc باید یکسری از مشکلات اضافه تری را حل نماید که این مشکلات در شبکه های سیم دار وجود نداشته است .

در زیر لیستی از مواردی را که یک پروتکل مسیریابی باید آنها را مدنظر قرار دهد ذکر گردیده که بعضی از این خصوصیات مهمتر از خصوصیات دیگر هستند .

به طور کلی اهداف طراحی پروتکلهای مسیریابی این است که پروتکلی ساخته شود که :‌

• وقتی که توپولوژی شبکه گسترش می یابد این پروتکل نیز بتواند همچنان مسیریابی را انجام دهد .
• زمانی که تغییراتی در توپولوژی شبکه به وجود می آید این پروتکل سریعاً قادر به پاسخگویی باشد .
• مسیرهایی را فراهم کند که بدون حلقه باشد .
• تاخیر را به حداقل رساند (‌باانتخاب مسیرهای کوتاه )‌
• برای اجتناب از تراکم چندین مسیر را از مبدأ به مقصد فراهم نماید .

پروتکل طراحی شده برای مسیریابی در یک شبکه Adhoc باید خصوصیات زیررا دارا باشد .

• اجرای غیر مرکزی داشته باشد ،‌ به این معنی که نباید به یک نود مرکزی وابسته باشد .
• استفاده از پهنای باند را کار اگرداند (overhead مسیریابی را می نیمم کند )
• هم از لینکهای یکطرفه و هم از لینکهای دو طرفه استفاده کند .

تقسیم بندی پروتکلهای مسیریابی در شبکه های Adhoc

چندین معیار متفاوت برای طراحی و کلاس بندی پروتکلهای مسیر یابی در شبکه های Adhoc وجود دارد . به عنوان مثال اینکه چه اطلاعات مسیریابی مبادله می شوند ؟ چه زمانی و چگونه این اطلاعات مبادله می‎شوند ؟‌ چه زمانی و چگونه مسیرها محاسبه می شوند .

که ما در این بخش در مورد هر یک از این معیارها مطالبی را بیان خواهیم کرد .

• مسیریابی Link State در مقابل مسیریابی DisTance Vector

همانند شبکه های سیم دار عرف ،‌ LSR و DVR مکانیزم های زیرین برای مسیریابی در شبکه‎های Adhoc بی سیم می باشند . در LSR‌ اطلاعات مسیریابی به شکل بسته های Link State
(Link State Packets) مبادله می شوند . LSP یک نود شامل اطلاعات لینکهای همسایگانش است . هرنود زمانی که تغییری را در لینکی شناسایی کند LSP‌ هایش را فوراً در کل شبکه جاری می کند . نودهای دیگر بر اساس اطلاعاتی که از LSP های دریافتی شان بدست می آورند ‌، توپولوژی کل شبکه را ترسیم می کنند و برای ساختن مسیرهای لازم از یک الگوریتم کوتاهترین مسیر نظیردایجکسترا استفاده می کنند .

لازم به ذکر است تعدادی از هزینه های لینکها از دید یک نود می توانند غیر صحیح باشند واین بدلیل تاخیر زیاد انتشار و قسمت بندی بودن شبکه است . این دیدهای ناسازگار از توپولوژی شبکه می تواند مارا به سمت تشکیل مسیرهایی دارای حلقه سوق دهد . اگرچه این حلقه ها عمرشان کوتاه است وبعد از گذشت مدت زمانی (‌مدت زمانی که طول می کشد تا یک Message‌ قطر شبکه را بپیماید ) ناپدید می شوند . مشکلی که در LSR‌ وجود دارد overhead‌ بالای مسیریابی است که بدلیل حرکت سریع نودها در شبکه و در نتیجه تغییرات سریع در توپولوژی شبکه اتفاق می افتد .

در مکانیزم DVR ،‌ هر نود یک بردار فاصله که شامل شناسه مقصد ،‌ آدرس hop‌ بعدی ،‌ کوتاهترین مسیر. می باشد را برای هر مقصدی نگهداری می کند . هر نود بصورت دوره ای بردارهای فاصله را با همسایگانش مبادله می کند . هنگامیکه نودی بردارهای فاصله را از همسایگانش دریافت می کند ،‌ مسیرهای جدید را محاسبه می کند و بردار فاصله اش را نیز Update‌ می کند و یک مسیر کاملی را از مبدأ تا مقصد شکل می دهد . مشکلی که در مکانیزم DVR وجود دارد همگرایی کند آن وتمایلش به تولید مسیرهای دارای حلقه است .

Event – driven Update در مقابل Periodical Update

برای تضمین اینکه اطلاعات مربوط به موقعیت لینکها و توپولوژی شبکه بروز باشد ،‌ اطلاعات مسیریابی باید در شبکه منتشر شوند . براساس اینکه چه زمانی اطلاعات مسیریابی منتشر خواهند شد قادر خواهیم بود که پروتکلهای مسیریابی را به 2 دسته تقسیم بندی نمائیم . دسته اول پروتکلهایی هستند که به صورت دوره ای اطلاعات مسیریابی را منتشر می کنند و دسته دوم مربوط به پروتکلهایی است که در زمان وقوع تغییری در توپولوژی شبکه اطلاعات مسیریابی را انتشار می‎دهند .

پروتکلهای Periodical Update ،‌ اطلاعات مسیریابی را بصورت دوره ای پخش می کنند . این پروتکلها ،پروتکلهای ساده ای هستند و پایداری شبکه ها را حفظ می کنند و مهم تر از همه این است که به نودهای جدید امکان می دهند که اطلاعات مربوط به توپولوژی و موقعیت لینکها را درشبکه بدست آورند. اگرچه ،در صورتی که مدت زمان بین این بروز رسانی های دوره ای طولانی باشد آنگاه این پروتکلها نمی توانند اطلاعات بروز ر انگه دارند . از طرف دیگر ،‌ در صورتی که این مدت زمان کوتاه باشد ،‌ تعداد بسیار زیادی از بسته های مسیریابی منتشر خواهند شد که در نتیجه پهنای باند زیادی را از یک شبکه بی سیم مصرف خواهد کرد .

در یک پروتکل بروز رسانی Event – Driven‌ ،‌ هنگامیکه یک حادثه ای اتفاق می افتد ،‌ ( نظیر اینکه یک لینک fail‌ می شود و یا اینکه یک لینک جدیدی بوجود می آید )،‌ یک بسته مسیریابی جهت بروزرسانی نمودن اطلاعات مسیریابی موجود در نودهای دیگر ،‌ broadkact‌ می شود . مشکل زمانی بوجود خواهد آمد که توپولوژی شبکه بسیار سریع تغییر کند ، که در آن هنگام تعداد زیادی از بسته های بروز رسانی تولید و در شبکه پخش خواهند شد که این موجب مصرف مقدار زیادی از پهنای باند ونیز تولید نوسانات بسیاری در مسیرها می گردد .

مکانیزم های بروز رسانی دوره ای و بروز رسانی Event Driven‌ می توانند با یکدیگر استفاده شوند و یک مکانیزمی به نام مکانیزم بروز رسانی ترکیبی (‌Hybrid Update ) را به وجود آورند .

• ساختارهای مسطح (Flat ) در مقابل ساختارهای سلسله مراتبی (‌Hierarchical‌)

دریک ساختار مسطح همه نودها در شبکه در یک سطح قرار دارند و دارای عملکرد مسیریابی مشابهی می باشند ،‌ مسیریابی مسطح برای استفاده در شبکه های کوچک ،‌ ساده وکارا است .

در مسیریابی سلسله مراتبی نودها به صورت دینامیک در شبکه به قسمتهایی که clustor‌‌ نامیده می‎شوند سازماندهی می گردند ،‌ سپس مجدداً این clustor‌ هادر کنار یکدیگر تجمع می کنند وSuperclustor‌ ها را می سازند وبه همین ترتیب ادامه می یابد .

سازماندهی یک شبکه به clustor‌ به نگهداری توپولوژی یک شبکه نسبتاً پایدار کمک می کند .

در شبکه هایی که عضویت در آنها و همچنین تغییرات در توپولوژی بسیار داینامیک باشد استفاده از cluster‌ ها کارایی چندانی نخواهد داشت .

• محاسبات غیر متمرکز(Decentralizad) در مقابل محاسبات توزیع شده (Distributed)

براساس اینکه چگونه و در کجا یک مسیر محاسبه می شود 2 بخش برای پروتکلهای مسیریابی به وجود می آید . محاسبات Decentralized و محاسبات توزیع شده .

در یک پروتکلی که بر اساس محاسبات Decentralized باشد ،‌ هرنود در شبکه از اطلاعات کاملی راجع به توپولوژی شبکه نگهداری می کند بطوریکه هر زمان که مایل باشد بتواند خودش یک مسیری را به سمت مقصد مورد نظر محاسبه کند . برخلاف آن ،‌ در پروتکلی که بر اساس محاسبات توزیع شده باشد هر نود در شبکه فقط قسمتی از اطلاعات مربوط به توپولوژی شبکه را نگهداری می کند . هنگامیکه یک مسیری نیاز به محاسبه داشته باشد ،‌ تعداد زیادی از نودها با هم همکاری می کنند تا آن مسیررا محاسبه کنند .

• Source Routing درمقابل hop- by-hop Routing

بعضی از پروتکلهای مسیریابی کل مسیر را در header‌ مربوط به بسته های اطلاعاتی قرار می دهند بنابراین نودهای میانی فقط این بسته ها را بر طبق مسیری که در header‌ شان وجود دارد forward‌ می‎کنند . به چنین مسیریابی ،‌ مسیریابی از مبدأ یا Source Routing گفته می شود . مزیت این گونه مسیریابی ها در این است که نودهای میانی نیازی ندارند که اطلاعات مسیریابی بروز شده را نگهداری کنند چون خود بسته ها شامل تمام تصمیمات مسیریابی می باشند . بزرگترین مشکل این مسیریابی، زمانی است که شبکه بزرگ باشد ومسیرها طولانی باشند در این حالت قرار دادن کل مسیر در header هر بسته مقدار زیادی از پهنای باند را مصرف خواهد کرد . لازم بذکر است که مسیریابی Source Route ،‌ امکان تولید چندین مسیر را به سمت یک مقصد خاص فراهم می کند . در مسیریابی hop- by- hop ‌،‌ هنگامیکه یک نود بسته ای را برای یک مقصدی دریافت می کند ،‌ بر طبق آن مقصد بسته را به hop بعدی forward خواهد کرد . مشکل این است که همه نودها نیاز دارند که اطلاعات مسیریابی را نگهداری کنند وبنابراین این امکان وجود دارد که مسیرهای دارای حلقه شکل بگیرند .

-مسیرهای منفرد در مقابل مسیرهای چندگانه

بعضی از پروتکلهای مسیریابی یک مسیر منفرد را از مبدأ به مقصد پیدا می کنند که این گونه پروتکلها معمولاً عملکرد ساده ای دارند . پروتکلهای مسیریابی دیگری نیز هستند که چندین مسیر را به سمت یک مقصد معین پیدا می کنند که مزیت آن قابلیت اطمینان بالاتر و همچنین بهبودی راحتتر در هنگام وقوع failure می باشد . علاوه بر این ،‌ نود مبدأ می تواند بهترین مسیر را از میان مسیرهای در دسترس انتخاب نماید .

مسیریابی ProActive در مقابل مسیریابی ReAvtive

بسته به اینکه چه زمانی مسیرها محاسبه می شوند ،‌ پروتکلهای مسیریابی می توانند به 2 بخش تقسیم شوند . مسیریابی ProActive و مسیریابی ReActive .

مسیریابی ProActive ،‌ مسیریابی Precomputed‌ و یا Table-Driven نیز نامیده می شود . دراین متد ،‌ مسیرها از قبل به سمت تمام مقصدها محاسبه می شوند . برای محاسبه مسیرها ،‌ نودها نیاز دارند که تمام ویا قسمتی از اطلاعات را در مورد موقعیت های لینکها و توپولوژی شبکه نگهداری کنند و برای اینکه این اطلاعات را بروز رسانی نمایند ،‌ احتیاج دارند که بصورت دوره ای ویا در زمانی که موقعیت لینکی یا توپولوژی شبکه ای تغییر کرد اطلاعاتشان را منتشر نموده و براساس اطلاعات بدست آمده جداولشان را نیز Update‌ نمایند . مزیت مسیریابی ProActive‌ این است که زمانی که یک مبدأ نیازمند ارسال بسته ای به مقصدی باشد ،‌ مسیر مورد نظر در دسترس است و هیچ اتلاف زمانی صورت نمی پذیرد . عیبی که برای این گونه مسیریابی ها مطرح می باشد این است که بعضی از مسیرهای تولید شده ممکن است هیچ گاه استفاده نشوند و همچنین اینکه در هنگامیکه تغییرات در توپولوژی شبکه سریع باشد ،‌ انتشار اطلاعات مسیریابی ممکن است مقدار زیادی از پهنای باند را مصرف نماید .

مسیریابی ReActive ،‌ مسیریابی On-Demand نیز نامیده می شود . دراین متد ،‌ مسیر به سمت یک مقصد وجود ندارد و فقط هنگامیکه آن مسیر مورد نیاز باشد اقدامات لازم جهت محاسبه آن صورت می پذیرد . ایده اصلی این نوع مسیریابی به صورت زیر است :‌

هنگامیکه یک مبدأ نیاز دارد که بسته ای را به سمت یک مقصدی بفرستد ،‌ ابتدا یک یا چند مسیر را به سمت آن مقصد شناسایی می کند که به این پروسه ‌، پروسه کشف مسیر و (‌Route Discovery) گفته می شود . بعد از اینکه آن مسیر یا مسیرها بدست آمدند ،‌ مبدأ بسته مورد نظر را از طریق یکی از آنها ارسال می کند . در طول انتقال بسته ها ،‌ ممکن است که بدلیل حرکت مداوم نودها در شبکه ،‌ مسیرها شکسته شوند .

مسیر های شکسته شده نیازمند بازسازی هستند . پروسه شناسایی شکست مسیرها و بازسازی آنها نگهداری مسیر و (‌Route maintenance) نام دارد .

و...

NikoFile

دانلود پایان نامه پزشکی درمورد لیزر

اختصاصی از کوشا فایل دانلود پایان نامه پزشکی درمورد لیزر دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

لیزر

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه:224

فهرست مطالب :

پیشگفتار.......................................................................... 1

مقدمه.................................................................................. 3

تاریخچه لیزر....................................................................... 5

تعریف لیزر.............................................................................. 6

فیزیک لیزر................................................................................. 8

مبانی نظری لیزر....................................................................... 49

انواع لیزر............................................................................... 84

معرفی لیزرهای توان پایین............................................................. 92

اثرات لیزرهای کم قدرت............................................................... 161

مکانیسم برهمکنش بافت – لیزر..................................................... 171

درمان فتودینامیک...................................................................... 182

مقایسه لیزرهای توان بالا با لیزرهای توان پایین..................................... 200

روش های کاربرد لیزر توان پایین....................................................... 239

رویکرد بالینی لیزرهای توان پایین...................................................... 242

کاربرد در فیزیوتراپی..................................................................... 244

کاربرد در دندانپزشکی................................................................... 281

کاربرد در پزشکی (افتالموژی – اورولوژی – دستگاه گوارش – دستگاه تنفس)......... 293

کاربرد در پوست و اعصاب............................................................... 296

عوارض احتمالی درمان با لیزرهای کم توان............................................ 310

سایر روش های درمان بالینی........................................................... 313

خطرات جانبی لیزرها و نکات ایمنی و حفاظتی...................................... 315

نتیجه گیری..................................................................... 325

مراجع...................................................................................... 326

چکیده :

پس از ستایش بی پایان خداوند یکتا, این مقاله حاصل نیاز به رساله ای جامع در مورد نتایج نوپای لیزر laser است که با بهره گیری از مکتوبات علمی- تخصصی و نتایج کنفرانس ها و مقالات متعددی که در طی چندین سمینار در زمینه کاربرد لیزر توسط دانشمندان و محققین و کلیه صاحبنظران ارائه شده است محقق گردیده است.

در این نوشتار سعی شده با جمع آوری اطلاعات و دانسته های جدید علمی و عملی در مورد کاربردهای لیزر در پزشکی و خصوصاً در فیزیوتراپی, در حد توان سعی شده است که این پدیده نوین معرفی گردد. هدف اصلی از ارائه این تحقیق جمع آوری و تعمیم مفاهیم در خصوص لیزرهای کم قدرت Low Power laser‌ که با توان خروجی پایین کار می کنند (حدود میلی وات) که اثر حرارتی ندارند و همینطور شرح پدیده های فیزیکی و اثرات غیرحرارتی مربوط به آنها و همینطور تأثیرات این لیزرها بر بدن و متعاقب آن، فراهم آوردن رهیافتی به ریشه و اساس متقابل بافت- لیزر است. ضمن اشاره به پدیده هایی که با نور و ماده سرکار دارند از قبیل بازتاب، جذب, پراکندگی که بیشتر جنبه فیزیکی آنها مورد بحث است و در هر مورد توجه خاصی به عملیات ریاضی اجتناب ناپذیر است. بنابراین با شرح اصول لیزرها و روش های کاربرد بالینی آنها و بیان انواع لیزرها و همینطور در مورد ایمنی لیزر و حفاظت چشم و محاسبات و اندازه گیری های مربوط به لیزر بحث خاتمه خواهد یافت.

البته امید است اساتید و همکاران گرامی, این تحقیق را با وجود تمام نقائص و کاستی هایش به عنوان هدیه ای ناچیز پذیرفته باشند تا این مقاله بعنوان شروعی برای امید به ثمره یک تلاش بی وقفه تلقی گردد.

از خوانندگان گرامی خواهشمندیم که اشتباهات موجود را به اینجانب متذکر شوند تا در رفع آنها اقدامات لازم مبذول را بدارم. اینجانب در تکمیل و تصحیحی مطالب مستتر در این تحقیق از راهنمایی استاد ارجمند آقای دکتر سیدمحمودرضا آقامیری و سایر اساتید محترم بهره گرفته ام و بدینوسیله از کلیه کسانی که مرا راهنمایی کرده اند صمیمانه سپاسگزاری می نمایم. ضمناً از همکاری پژوهشکده لیزر و سایر بخش های مربوطه در دانشگاه شهید بهشتی قدردانی می کنم.

لیزر.... از اعجاز آمیزترین موهبتهای طبیعت است که برای مصارف گوناگون سودمند است. و یکی از پدیده های شگرف قرن بیستم کشف و توسعه لیزر (laser) است. قرن بیستم را شاید بتوان به جای قرن اتم و یا قرن ماشین, «قرن لیزر» هم نامید. این اختراع شگرف و پردامنه فیزیکی روز به روز توسعه بیشتری می یابد و کاربردهای آن در زمینه های مختلف بسیار متعدد است. در حوزه پزشکی نیز در حال حاضر لیزرها در درمان انواع مختلفی از بیماریها شرکت داده می شوند. اگرچه لیزرهای بالینی جدید و کاربردهای آنها احتمالاً در حال گذران دوران نوباوگی پزشکی لیزری هستند ولی در آینده نه چندان دور لیزرهای دیگری پدید خواهند آمد که جایگاه خود را در بیمارستانها و مراکز پزشکی خواهند یافت بنابراین تحقیق علمی آینده به اندازه کاربردهای بالینی حاصل از آن, زیربنایی خواهند بود.

به علت تنوع سیستم های لیزر موجود و تعداد پارامترهای فیزیکی آنها و همینطور علاقه چندین گروه تحقیقاتی در واقع انواع مختلف لیزر بصورت ابزار بی رقیبی در پزشکی مدرن درآمده اند و اگرچه کاربردهای بالینی در ابتدا محدود به چشم پزشکی بوده اند، ولی امروزه قابل ملاحظه ترین و جاافتاده ترین جراحی لیزری در خصوص انعقاد خونریزی عروق با استفاده از لیزر یون آرگون Ar+ است. لذا تقریباً تمام شاخه های جراحی پزشکی معطوف به این قضیه شده اند. البته نباید این گفته را به عنوان انتقاد برشمرد ولی اشکالات زیادی در برخی از موارد ایجاد شده است،‌ بخصوص در زمینه تحریک زیستی biostimulation. لذا به نظر این بنده حقیر لازمست برای کسب پیروزیهای جدید، محققان عزم خود را در سایر زمینه ها پژوهش پزشکی لیزر و تکنیک های فنی و حرفه ای مربوط به آنها نیز مجدانه جذب کنند و در پی وسعت دادن ابعادی به این امر مهم باشند. البته در کل، بسیاری از تکنیکهای لیزری واقعاً مفید، که از لحاظ بالینی محقق شده اند، به کمک انواع دانشمندان قرن حاضر توسعه یافته اند. این روشهای معالجه توسط محققان دیگر تأیید شده و در مجلات علمی معتبر به نحوه مناسب به نوشتار درآمده است. حتی اخیراً در رابطه با کاربردهای اولیه لیزر که اساساً بر نتایج درمانی متمرکز شده بودند, چندین روش جالب تشخیصی نیز اضافه شده است. برای نمونه می توان تشخیص تومورها توسط رنگهای فلورسانس و یا تشخیص پوسیدگی دندان بوسیله تحلیل طیف سنجی بارقه پلاسمایی حاصل از لیزر را نام برد.

همانطور که میدانیم در اواخر دهه 1960 لیزر در زمینه های پزشکی بکار رفت. امروزه تعداد بسیاری از روش های کاربرد لیزر در سراسر جهان بکارگرفته می شود. بیشتر این روشها متعلق به خانواده جراحی با کمترین تهاجم (MIS) minimally invasive surgery می باشند. این اصطلاح جدید که در دهه حاضر پدید آمده است به تکنیک های جراحی ای اطلاق می شود که در آنها تماس با بدن و خونریزی صورت نمی گیرد. لذا این دو مشخصه بطور عمده باعث شده اند که لیزر به عنوان یک تیغ جراحی و وسیله درمان جهانی بکار گرفته شود. در واقع بسیاری از بیماران و همچنین جراحان بر این باورند که لیزر وسیله ای اعجاب انگیز است. البته این شیوه تفکر منجر به نگرشهای گمراه کننده و توقع های نابجا نیز شده است. در حقیقت قضاوت دقیق در مورد پیشرفتهای جدید همیشه لازم است. مثلاً وقتی که یک روش درمان توسعه لیزر معرفی می شود, تا هنگام تأیید شدن آن توسط مطالعات مستقل دیگر، نباید مورد قبول واقع شود. اثرات ناشی از لیزر همانطور که می دانیم بسیار متعدداند. بیشتر آنها را می توان بطور علمی توضیح داد. البته برخی اثرات که برای یک درمان ویژه مفید هستند, برای موارد دیگر ممکن است خطرناک باشند بعنوان مثال گرم کردن یک بافت سرطانی توسط پرتوی لیزر می تواند منجر به اثر مطلوب نکروز (تخریب) تومور شود. و بالعکس بکار بردن پرتوی لیزری برای قطع خونریزی شبکیه چشم با پارامترهای فوق، می تواند منجر به سوختن خود شبکیه و نابینایی غیرقابل برگشت شود. به هرحال با توجه به تسهیلاتی که پدیده لیزر در امر تشخیص و درمان در علم پزشکی فراهم نموده, آینده روشن تری را می توان برای نسل بشر پیش بینی کرد.

تاریخچه لیزر:

اساس لیزر در سال 1960 با ساختن لیزر یاقوت توسط مایمن (Maimen) شناخته شد. این اکتشاف ابتدا به ساکن اتفاقی نبوده, بلکه خود دنباله ای از مجموعه جریانات و تحولات علم فیزیک به شمار می آید و محصول پژوهش های پیگیر دانشمندانی که سالهای متمادی دورتر از آن, در این زمینه کندوکاو می کردند, محسوب می شود. دانشمندانی از قبیل «وبر»، «تاونز»، «انیشتن»، «باسوف»، «پروخوف»، «میمن» و سایرین بر مبنای این نظریه بود که در سال 1954 تاونز و شاگردانش اولین تقویت کننده نور را بوسیله نشر تابش برانگیخته در دانشگاه کلمبیا ساختند.

Microwave Amplification by stimulated Emission of Radiation (MASER)

اساس نظری لیزر از سال 1917 توسط آلبرت انیشتن (Einstein) شناخته و بیان شد. اما امکان تولید پرتوی لیزر بین سالهای 1957 تا 1960 تحقق یافت. بعداً در سال 1954 یک گروه از محققین در آمریکا تحت مدیریت تاونز و بر اساس تئوری انیشتن، اولین تقویت کننده نور برانگیخته را با استفاده از مولکولهای آمونیاک مورد آزمایش قرار دادند و بالاخره اولین دستگاه میرز Maser با فرکانس (حدود Hz1011× 3/2) هرتز ساخته شد. در سال 1958 شاولو (schawlow) به اتفاق تاونز ضمن یک مطالعه مشترک نظری امکان به کاربردن یک میزر با فرکانس در ناحیه اپتیکی (حدود فرکانس های نور مرئی) را تحقق بخشیدند و آنرا لیزر «Laser» نامیدند و بالاخره در سال 1960 اولین دستگاه لیزر توسط میمن (Maimen) با استفاده از کریستال یاقوت (Rubylaser) که در درمان گلوکوم استفاده شد، ساخته شد. پس از مدت کوتاهی, پروفسور علی جوان دانشمند ایرانی و همکارانش اولین لیزر گازی هیلیوم نئون,‌ در ناحیه مادون قرمز I.R. (نزدیک μm5/1 میکرومتر) را مورد بهره برداری قرار دادند و از سال 1960 تا کنون عده بیشماری از دانشمندان و محققین جهان، با هزینه

سالیانه میلیاردها دلار, برای تحقیق روی دستگاه های مختلف لیزر و نیز کاربردهای آن کوشش کرده اند.

لیزر یک پدیده بزرگ زمان ماست. موارد کاربرد ویژه خود را دارد و اثر آن عاری از عوارض جانبی هم نیست. همیشه نمی تواند جای روش های جراحی و دارویی یا رادیوتراپی را بگیرد. با این همه اگر آنرا معجزه قرن بیستم بنامیم, گزاف نگفته ایم.

تعریف لیزر:

واژه لیزر مخفف Light Amplification by stimulatesd Emission of Radiation است و اساس کار آن در واقع نشر برانگیخته تابش و گسیل کردن نور برانگیخته که برای تقویت امواج پر فرکانس استفاده می شود. پرتو لیزر ماهیتاً همان فوتون ها یا ذرات نورانی هستند که این فوتونها بعد از گردهمایی و دسته شدن و هم راستایی، تشکیل یک دسته اشعه پیوسته و بسیار قوی را می دهند. بنابراین دستگاه لیزر مولد نور و حکم یک منبع تابش کننده را دارد و شامل یک قسمت تقویت کننده نور که بصورت گاز,‌ مایع, جامد و یا نیمه رسانا و همینطور قسمتی دارای آینه هایی است که اینها نقش تشدید کننده اپتیکی را ایفا می کنند. این تشدید کننده را کاواک و یا حفره لیزری می نامند در واقع امواج تختی که بردار انتشارشان عمود بر سطح آینه هاست, در اثر رفت و برگشت بین در آینه, امواج ساکنی را تشکیل می دهند بنابراین یک لیزر را نوسان کننده چند مدی نیز می نامند یعنی علاوه بر مدهای طولی در یک کاواک لیزر, مدهای عرضی نیز وجود دارد که از نظر شدت پرتویی و فرکانس متغیرند. شدت پرتویی یعنی همان توزیع فضایی که در آن بهره لیزری دارای گستردگی فرکانسی است که به قسمت تقویت کننده بستگی دارد و هرچه پهنای فرکانسی بیشتر باشد

تعداد مدهای طولی که به نوسان در می آیند بیشتر خواهند بود. لیزری که تنها در یک مد طولی نوسان کند به آن لیزر تک مدی گویند که از طریق گذاشتن یک میان بند توزیع میدان الکتریکی در کاواک مشخص می شود.

هر دستگاه لیزر از (1) یک محیط فعال, (2) یک سیستم منعکس کننده (تشدید کننده های لیزری) (3) و یک سیستم دُمِش تشکیل شده است

فیزیک لیزر:

قبل از شرح قسمتهای مختلف یک دستگاه لیزر, لازمست مختصری در مورد فیزیک اتمی و پدیده جذب و گسیل یادآوری گردد. در مورد فیزیک لیزر هر اتم بسته به ترتیب و نظم الکترونهای آن روی مدارات آن, دارای انرژی خاصی است کمترین میزان انرژی ممکن برای یک اتم در سطح پایه Eo است که الکترون ها به هسته نزدیک هستند. در واقع میزان این انرژی وقتی تغییر می کند که یک الکترون از مدار خود به مدار مجاورش جهش کند. بنابراین,‌ یک اتم وقتی دست خوش تغییر وضعیت انرژی می شود که یا به آن فوتون اعمال کرد و یا در اثر اصابت یک الکترون به آن, موجب تحریک شویم یعنی از آنجایی که فوتون یک ذره نورانی عاری از وزن و بار الکتریکی است وقتی این فوتون که با سرعت نور C‌ حرکت می کند و دارای انرژیE, که به فرکانس تابش بستگی دارد, E=h که h همان ثابت پلانک است, در برخورد با اتم جذب آن شده و آن اتم را به حالت تحریک شده یعنی سطح انرژی E1 انتقال می دهد بنابراین اگر انرژی فوتون یک اشعه حادث (محرک) E باشد اختلاف انرژی دو سطح اتم برابر با آن خواهد بود یعنی E1- E= E0

بنابراین در حالت تحریک شده اتم ثباتی ندارد و خودبخود در پایان یک زمان معین به حالت اولیه خود بر می گردد یعنی از یک سطح انرژی بالاتر به یک سطح انرژی پایین بر می گردد و در طی همین گذر یک فوتون آزاد میکند و به حالت اولیه خود بر می گردد.

پس این انرژی جذب کرده از فوتون اشعه حادث را به صورت فوتون با همان فرکانس آزاد می کند این پدیده را گسیل خودبخودی Spontaneous Emission می گویند بنابراین انتشار نور زمانی صورت می گیرد که ذرات منتشر شده از یک سطح بالاتر به یک سطح پایین تر انرژی بروند چون معمولاً آنها در حالت اصلی خود Fondamental state و با انرژی حداقل بسر می برند حال برای آنکه الکترون به تراز بالاتر برود, انرژی فوتون اشعه حادث باعث این ارتقاء می شود ولی اتم تمایلی ندارد در این حالت باقی بماند پس در بازگشت خود به حالت انرژی حداقل, فوتون را آزاد می کند که این فوتونها به صورت تابشی نورانی پس داده می شوند. این عمل دریافت انرژی پس داده شده توسط اتم را جذب گویند.

می دانیم بر طبق قانون بولتزمن, مولکولها و اتمها در پایین ترین سطح الکترونی هستند و برای ایجاد یک انتشار نورانی لازمست اتم را تحریک نمود تا یک نوع وارونگی جمعیت Population Inversion به دست آید این تحریک همانطور که گفته شد توسط فوتون یک اشعه حادث با انرژی E صورت می گیرد. بنابراین در یک انتشار نورانی از یک فوتون, دو فوتون به دست می آید که هر کدام از اینها به نوبه خود با یک اتم تحریک شده دیگر برخورد خواهند کرد و در نتیجه, چهار فوتون مشابه تولید خواهند کرد و این تسلسل به میزان و تعداد اتمهای معکوس شده ادامه می یابد پس بدین طریق انرژی اولیه تقویت قابل ملاحظه ای پیدا خواهد کرد و از آنجایی که فوتونهای آزاد شده دارای فرکانس و فاز و جهت یکسان هستند, منجر به پدیده تشعشع تحریک stimulated Emission می شود که وقتی در یک کاواک یا حفره لیزری قرار گیرد, نور کاملاً یکرنگ و هدایت شده بوجود خواهد آمد.

نکته قابل توجه اینست که باید ماده ای انتخاب شود تا ضریب تقویت آن بالا باشد تا در نتیجه, با وجود تلفات انرژی, بتواند انرژی مفید قابل توجهی ایجاد کند. حال برای تفسیر کامل مطالب فوق یعنی نحوه تولید نور لیزر, ابتداً قسمتهای اصلی یک دستگاه لیزر را بررسی می کنیم:

(1) محیط فعال Active Medium: این محیط دارای ماده واسط که ماده اصلی قابل یونیزه شدن است تا بتوانند توسط تشعشع تحریکی از یک منبع نوری انرژی گرفته و اشعه نورانی تولید کند، این ماده را ماده فعال نیز می نامند. اتمهای این ماده فعال قابل تحریک و معمولاً یک یا دو کوانتوم انرژی بیشتری از اتم در حالت اصلی خود دریافت کرده اند و به حالت نیمه پایدار Meta stable state می رسند و در این حالت به مدت نسبتاً طولانی باقی می مانند تا بقیه اتم های این ماده نیز تحریک شده و در نتیجه تعداد اتم های تحریک شده از اتم های سطح زمینه بیشتر شود که این همان وارونگی جمعیت Population Inversion چون این اتم های تحریک شده تمایل به بازگشت به سطح اولیه خود را دارند به محض بازگشت اتم به حالت عادی, انرژی دریافت کرده را به صورت فوتون آزاد می کند که بصورت گسیل خودبخود (spontaneous Emission) از آن یاد می برند. زیرا این فوتون به طریق آزادسازی خودبخودی (فلورسانس) پدید آمده است.

براساس این روند فوتون آزاد شده از یک اتم,‌ در برخورد با اتم تحریک شده دیگر, باعث پیدایش دو فوتون مشابه می شود. به همین طریق فوتون های پدید آمده, در برخورد با دو اتم تحریک شده و دیگر, سبب ایجاد چهار فوتون شده و این روند به طور تصاعدی ادامه پیدا می کند و منجر به تولید فوتون های بسیاری می گردد که این پدیده را گسیل تحریکی stimulated Emission می نامند. بنابراین مجموع بسته های انرژی فوتون ها که دارای فرکانس و فاز و جهت یکسان هستند، همان طیف نور لیزر را تشکیل می دهد. چون کوانتوم های انرژی مساوی است, طول موج حاصل نیز, همرنگ و بستگی به نوع ماده فعال یعنی سطوح انرژی لایه های خارجی الکترونی آن دارد. در واقع نوع ماده فعال مورد استفاده, مقدار انرژی فوتون یا طول موج آن را تعیین می کند.

(2) تشدید کننده لیزری Laser Medium فوتون های جاری به موازات محور اپتیکی به آینه تمام بازتابان که در انتهای محیط فعال تعبیه شده برخورد و منعکس می شود در نتیجه فوتونها به داخل محیط فعال رانده می شوند تا با برخورد با اتم های تحریک شده دیگر در ایجاد فوتون های جدید شرکت کنند. فوتون گسیل شده از طرف دیگر محیط فعال که دارای آینه نیمه شفاف می باشد به خارج منتشر می شود (آینه نیمه بازتابان).

قسمتی از فوتون ها که در جهت محور محفظه حرکت نمی کنند به دیواره اطراف برخورد کرده و انرژی خود را بصورت گرما به اطراف آزاد می کنند و از دور فعالیت خارج می گردند.

(3) سیستم دمش (Pumping) در واقع بعنوان یک منبع انرژی برای آماده ساختن (پمپاژ) ماده فعال و تزریق انرژی به اتم ها و مولکولهای آن استفاده می شود و با روش هایی که به صورت پمپاژ نوری (Optical pumping) و یا پمپاژ شیمیایی (chemical Pumping) و یا پمپاژ حرارتی (heat Pumping) و یا پمپاژ الکتریکی (electrical Pumping) استفاده می شود. در مورد آخری، پمپاژ برقی توسط تخلیه الکتریکی فوق العاده شدید در مخزن گازی صورت می گیرد. این تخلیه، اتم ها و مولکول های گاز را به الکترون های فعال تبدیل نمود. تراکم فشرده تر در تراز بالا را سبب می شود. برخورد Collision اتم ها و مولکولها گاز به خاطر اینکه موجبات تشدید (رزونانس) انرژی می شود از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در اثر پمپاژ ماده فعال در حفره لیزری (کاواک), دسته طیف نورانی لیزر تولید می شود که حفره را از طریق آینه نیمه بازتابان در می نوردد. یعنی به محض اینکه پمپاژ شروع می شود مقدار زیادی از اتم ها از مخزن لیزر حالت تهییجی خود را افزایش می دهند. نشر تابش در تمام جهات صورت می گیرد و نور صادره بوسیله بازتاب های متعدد آینه های موازی ابقاء و حفظ می شود و شدت آن از طریق پدیده نشر برانگیخته افزایش پیدا میکند. این نشر برانگیخته با هر عبور طول موج از حفره لیزر به مقیاس فزاینده ای می رسد و بین تابشی که حفره از طریق آینه نیمه بازتابان می نوردد و میزان پمپاژ برای ایجاد تراکم معکوس population Inversion به سرعت تعادل برقرار می شود و این اشعه تولید شده صفات ممیز ای چون همدوسی و تکفامی از خود نشان می دهد. البته نسبت توان اشعه به توان پمپاژ را بازده لیزر (Efficiency of laser) تعریف می کنند.

ویژگی های اصلی نور لیزر:

الف) تکفامی نوری (monochromatical) بستگی به طول موج ویژه هر لیزر و میزان خلوص آن دارد که در سایر منابع نورانی دیگر وجود ندارد مثلاً در یک چشمه نور عادی با شدت زیاد از آنجایی که انرژی آن در محدوده وسیعی از طول موجها توزیع گردیده است, نمی تواند نور تکفام با شدت زیاد بدست آورد. در اصل اشعه لیزر در یک محدوده فرکانسی مشخص، منتشر می شود که بستگی به نوع ماده, محیط فعال لیزر و فضای تشدید کننده آن دارد.

ب) همدوس (coherence) بستگی به فاز آن دارد یعنی تمامی فوتون های تشکیل دهنده یک دسته اشعه به طریق منظم و با یک فاز منتشر می شوند. در اصل قسمت عمده منابع نوری مورد استفاده حاصل گسیل خودبخودی است اما در نور لیزر, که از طریق پدیده گسیل القایی Stimolated Emission تولید می شود, کوانتومها (اتم ها- مولکولها و یونها) همه دقیقاً همزمان در یک راستا انتشار می یابند و دقیقاً هم فازند پس بنابراین همدوسند (coherent). البته در موردی که کوانتومها راستاهای مختلف و اختلاف فاز داشته باشند, ناهمدوسند. (noncoherent).

وقتی می گویم نور لیزر همدوس است یعنی کوانتومهای آن دارای هماهنگی کامل و امواج آن هم فازند پس طول موج یکسان آنها باعث تکرنگی و کوانتومها انرژی مساوی دارند پس این نور در یک راستا و موازی است.

در مورد نمودهای تابش TEM(Transvers-electromagnetic) می دانیم تمام لیزرها انرژی را بصورت یک باریکه موازی نور, که توزیع شدت در ستون اشعه آن یکسان است, صادر می نمایند (البته اگر اختلافی باشد اساساً مربوط به محیط تحریک شده و یا تشدید کننده و غیره دارد.) وقتی حداکثر تابش در مرکز صفحه عمود بر محور توزیع تابش Propagation Axis, وجود دارد تابش به صورت نمود اصلی(fondmental mode) TEM0,0 نمایانده می شود. در واقع ناپدید شدن تدریجی شدت بصورت گوسی است, در حالیکه برای نمودTEM0,1 (higher order mode) (donut mode) دو کوهانه با تعقر در می آید. اثر تابش در این حالت بر محور اصلی، حداقل و با افزایش شعاع از این محور، در روی دایره ای که مرکز آن بر محور منطبق است، به حداکثر می رسد. در عمل اندازه لکه نورانی (Spot size) بر مبنای فاصله شعاع این دایره نورانی از مرکز منطبق با محور اصلی ارزیابی می شود برای کاربرد جراحی باید اشعه لیزر را برای کسب چگالی با توان بالا کانونی تر نمود یعنی شعاع کانون حداقل که بر مبنای منحنی گوسی از رابطه :

فاصله کار اشعه                                            

طول موج λ

قطر عدسی تمرکز دهنده Dدر واقع برهمکنش کیفی تابش الکترومغناطیس با ماده صرفاً فرکانس تابش بستگی دارد و به شدت تابش بستگی ندارد یعنی هرچه تابش ها پر انرژی تر باشند قدرت نفوذ در بافت بیشتر می شود مثل اشعه γ و اشعه x.

اما هر چقدر طول موج تابش افزایش یابد، انرژی آن رو به کاهش می گذارد و برهمکنش با پیوندهای ملکولی منجر به شکستن پیوندهای مولکولی بافت و یونیزه شدن آن نمی شود و اثرات غیر حرارتی آن مهیا می شود. در مورد برهمکنش کمی که بستگی به شدت تابش انرژی کل صرف شده در بافت و میزان ذخیره انرژی در طول موج تابش دارد، همانطور که قبلاً نیز گفته شد هنگام برخورد پرتوی لیزر به بافت بیولوژیک برهمکنش هم به پارامترهای لیزر و هم به خواص اپتیکی بافت (که عبارت بودند از بازتاب، پراکندگی، جذب که اشتراکاً عبور را تعیین می کنند) بستگی دارد.

اگر بخواهیم در مورد جذب و پدیده استهلاک طول موج گفته باشیم، فرض می کنیم شدت ستون اشعه موازی It که به لایه نازکی از یک بافت با ضخامت x برخورد نماید.

اگر Ir بخش بازتاب یافته و Io بخش جذب شده و I بخش عبور کرده باشد حاصل:

It-Ir=I

ضمن اینکه رابطه بین I و Io بصورت: I=Io×10-αx که در آن ضریبα ثابت یا همان ضریب جذب که متناسب با طول موج تابش و ترکیب فیزیکی و شیمیایی بافت جذب کننده است. حال وقتی ضخامت صفحه  باشد شدت تابش عبور یافته بصورت:

یعنی 90% درصد تابشی که به بافت رخ می دهد در ضخامت جسم جذب می گردد. در واقع ضخامت L مانند α، به خصوصیات جذبی ماده مربوط می شود و «استهلاک طول موج» خوانده می شود. هرگاه ضخامت 2L باشد صفحه دوم با ضخامت L، 90% از 10% را که به آن برخورد می کند، جذب خواهد کرد و یک درصد از اشعه اصلی باقی می ماند که آن را از خود عبور می دهد. اگر سه استهلاک طول موج 3L فرض شود عملاً اشعه ای برای تابش نخواهد ماند که از این صفحات عبور کند.

معمولاً امواج طیف نور لیزر در عبور از یک بافت، بخاطر عدم تجانس در مواد تشکیل دهنده بافت های زنده، در ستون موازی اشعه حالت توازی خود را از دست می دهند و تغییر جهت می دهند. این انحراف در تمامی جهات صورت گرفته و تابش با حجم بیشتر به صورت مخروطی است و نه استوانه ایی، که به آن تفرق می گویند. تفرق زمانی بالا خواهد بود که ماده غیرمتناجس و جذب ماده پایین باشد. در عمل بدلیل پدیده جذب در طی برهمکنش، بافتی که در معرض انرژی تابشی لیزر است، براساس خصوصیات جذبی و تفرق، حجمی از بافت تعیین می گردد که به آن حجم بحرانی (Vcr) (Critical volume) اطلاق می گردد. Vcr استوانه ای است دارای مقطع عرضی در ستون اشعه در طولی که برای استهلاک طول موج لیزر می باشد یعنی:                                   =A×L Vcr

مثلاً در مورد لیزر Nd:YAG شکل Vcr، بدلیل طول موج این لیزر، پیچیده و تفرق آن زیاد است و شدت اشعه بالاست یعنی می توان آنرا همانند استوانه ای در نظر گرفت که در ازای آن استهلاک طول موج مؤثر Leff و سطح مقطع متوسط Aavv آن چندین برابر سطح مقطع ستون اشعه می باشد. در شرایطی که ستون اشعه لیزر دارای سطوح مقطع یکسان و دارای توان برابری باشند، لیزر Nd:YAG برای توده های حجمی بزرگتر بافت، گرما زا بوده و تأثیر متناسب بر جای می گذارد.

در لیزر از سه پدیده اساسی که نتیجه برهمکنش موج الکترومغناطیسی (em) با ماده‌اند، استفاده می‌شوند. این سه فرآیند به ترتیب عبارتند از گسیل خودبخود، گسیل القایی و جذب.

1ـ گسیل خود بخود: در یک اتم دو تراز 1 و 2 با انرژی‌های E1 و E2 را در نظر می‌گیریم که اگر تراز 1 پایه در نظر گرفته شود، در این حالت E2 < E1 است. اکنون فرض می‌کنیم اتمی از ماده ابتدا در تراز 2 باشد، از آنجایی که E2>E1 ، اتم به فروافتادن به تراز 1 پایه گرایش پیدا می‌کند. بنابراین اختلاف انرژی hv=E2-E1 آزاد شود وقتی این اختلاف انرژی بصورت منبع الکترومغناطیسی گسیل شود آنرا گسیل خودبخود یا تابشی می‌گویند فرکانس موج تابش‌شده از رابطه زیر بدست می‌آید که درآن h ثابت پلانک است البته ما در کل دو طریق فرو افت داریم: فروافتی که اتم از تراز 2 به تراز 1 بدون تابش صورت می‌گیرد و همینطور فروافتی که با تابش همراه است. در صورتی که بدون تابش باشد ممکن است بصورت انرژی جنبشی، چرخشی و یا الکترونی ب

مولکولهای محیط منتقل شود) پس آهنگ فروافت N2 تعداد اتم در واحد حجم مربوط به تراز 2، در تراز پایه را بصورت:

که در آن A ضریب اینشتن و طول عمر گسیل خودبخود است. در این پدیده رابطه فازی معینی بین موج گسیل شده از یک اتم و موجی که از اتم دیگر گسیل می‌شود وجود ندارد و امواج در کلیه جهات گسیل می‌شوند.

2ـ گسیل القایی: مجدداً فرض می‌کنیم اتم در ابتدا در تراز 2 قرار گرفته، اگر موج الکترومغناطیسی با فرکانس فرودی بر اتم فرود آید که این فرکانس برابر فرکانس گسیل خودبخود باشد این احتمال وجود دارد که این موج، اتم را به گذار 1à2 وا دارد.در این مورد اختلاف انرژی E2-E1 آزاد شده به صورت موج الکترومغناطیسی به موج فرودی افزوده می‌شود. این پدیده را گسیل القایی می‌نامند بنابراین چون در این فرآیند اعمال موج الکترومغناطیسی فرودی صورت می‌گیرد، گسیل هر اتم بصورت همفاز با موج فرودی خواهد بود ضمن اینکه به آن نیز افزوده میشود بنابراین موج فرودی جهت موج گسیل را نیز تعیین می‌کند پس داریم: که آهنگ گذارهای 1à2 در نتیجه گسیل القایی است و W21 احتمال گذار القایی نامیده می‌شود که بر خلاف ضریب A ، نه تنها به گذار بخصوصی بستگی دارد، بلکه به شدت موج الکترومغناطیسی فرودی نیز بستگی دارد. یعنی برای موج تخت الکترومغناطیسی‌ داریم که در آن F شار فوتون موج فرودی و کمیتی است که دارای ابعاد سطحی و به آن سطح مقطع گسیل می‌گویند و تنها به گذار موردنظر بستگی دارد.

3ـ جذب: اکنون فرض می‌کنیم اتم ابتدا در تراز 1 پایه باشد. میدانیم اتم در این تراز باقی می‌ماند مگر آنکه نیرویی خارجی به آن اعمال شود. اگر موج الکترومغناطیس با فرکانس به ماده برخورد کند احتمال اینکه اتم از تراز پایه به تراز بالاتر 2 برود معین است پس اختلاف E2-E1 مورد احتیاج اتم برای این گذار از انرژی موج الکترومغناطیس فرودی تأمین می‌شود پس آهنگ جذب W12 :

ضمن اینکه احتمال گذار جذب نامیده میشود که در آن سطح مقطع جذب که فقط به نوع بخصوص‌گذار بستگی دارد.

نتایج هر سه فرآیند به قرار زیر است:

1ـ در گسیل خودبخود، اتم از تراز 1à2 فرو می‌افتد و یک فوتون گسیل می‌کند.

2ـ در گسیل القایی، فوتون فرودی به اتم گذار 1à 2 را القاء می‌کند و دو فوتون خواهیم داشت (فوتون القاکننده و فوتون القا شده)

3ـ در جذب، فوتون فرودی برای ایجاد گذار 2 à1 جذب اتم می‌شود.

از آنجایی که احتمال گسیل القایی و جذب برابرند پس بطور کلی را سطح مقطع‌گذار می‌نامند.

در واقع تعداد اتمها در واحد حجم در یک تراز بخصوص N را انبوهی جمعیت آن تراز نامیده می‌شود.

وقتی دو تراز انرژی دلخواه 1 و 2 از ماده‌ای را در نظر بگیریم که به ترتیب انبوهی این دو تراز N1 و N2 باشند، اگر موجی تخت باشد متناظر با شارفوتون F در امتداد محور Z از ماده عبور کند، تغییر جزئی این شار ناشی از هر دو فرآیند گسیل القایی و جذب در ناحیه هاشورخورده شکل مقابل از رابطه: بدست می‌آید. این رابطه نشان می‌دهد اگر باشد یعنی اگر N2>N1 باشد‌، ماده مثل تقویت کننده رفتار می‌کند و در حالیکی اگر N2<N1 باشد، رفتار ماده بصورت جذب‌کننده خواهد بود پس در حالت ترازمندی گرمایی، انبوهی ترازهای انرژی با رابطة آمار بولتزمن توصیف میشود:

که در آن K ثابت بولترمن و T دمای مطلق ماده است.

در حالت اول N2>N1 ناترازمندی بوجود می‌آید که ماده رفتار تقویت‌کننده از خود بروز می‌دهد و پدیده گسیل القایی برجذب غلبه می‌کند در اینصورت در ماده وارونی انبوهی داریم در حالت دوم N2<N1 ترازمندی گرمایی بوجود می‌آید که ماده رفتار جذب‌کننده از خود نشان می‌دهد و در فرکانس را عمل می‌کند و این وضعی است که در شرایط معمول داریم. بنابراین ماده‌ای که در آن وارونی انبوهی (PoPulation Inversion) بوجود آید، ماده فعال (ActiveMedium) نامیده می‌شود و چنانکه فرکانس گذار در ناحیه اپتیکی قرار گیرد تقویت‌کننده داریم و لیزر است اما اگر فرکانس گذار در ناحیة میکرو موج قرار گیرد به آن میزر (MASER) (Microwave Amplification by Stimolated Emission of Radiatio) گویند. برای آنکه از یک تقویت کننده بتوانیم نوسانگر بسازیم (oscillator) ، باید از فیدبک مثبت مناسبی استفاده کنیم. در مورد لیزر فیدبک غالباً با قرار دادن ماده فعال بین دو آینه کاملاً بازتابنده تأمین میشود ولی در مورد میزر این کار با قرار دادن ماده فعال در کاواک حفره تشدیدی لیزر، که فرکانس را تشدید کند، انجام می‌گیرد. در هر دو مورد ذکر شده شرط آستانة بخصوصی لازم است: در مورد لیزر، نوسان وقتی شروع می‌شود که بهره ماده فعال بر تلفات در لیزر غلبه کند(مثلاً به علّت خروج پرتو از یک آینه وقتی یکی از دو آینه نیمه شفاف انتخاب شود باریکه مفید لیزر از آن آینه خارج میشود). بهره در هر بار عبور از ماده

فعال (یعنی نسبت شار فوتون خروجی به شار فوتون ورودی) برابر است با : که طول ماده فعال است یعنی موج تخت الکترومغناطیسی در امتداد عمود بر سطح دو آینه رفت و آمد خواهد کرد و ضمن هر بار عبور از ماده فعال تقویت میشود. چنانچه تلفات موجود در کاواک(حفره لیزر) تنها به علّت تلفات تراگسیل باشد، آستانه حاصل خواهد شد یعنی وقتی که برابر واحد شود: که در آن R2 و R1 توان بازتابندگی دو آینه است یعنی وقتی وارون انبوهی به مقدار بحرانی آن، که آنرا وارونی بحرانی (Critical Inversion) می‌نامند، برسد آستانه حاصل میشود. در این اثناء از گسیل خودبخود نوسان بوجود خواهد آمد و فوتونها که در امتداد محور کاواک بصورت خودبخود گسیل می‌شوند، در واقع فرآیند تقویت را‌ آغاز می‌کنند.

و...

NikoFile