تاثیر تابش لیزر بر روی مواد. تعامل تابش لیزر با ماده تقریبی مدل حرارتی تابش لیزر

لیزر (از انگلیسی "تقویت نور توسط انتشار انتشار تابش "-" افزایش نور با تحریک تابش ") یا یک ژنراتور کوانتومی نوری یک نوع خاص از منبع تابش مرجع است، بدنه در آن محیط معکوس و جمعیتی است. اصول لیزر بر اساس خواص استاشعه لیزری: انسجام تک رنگ و بالا (فضایی و موقت). T.همچنین، یک واگرایی زاویه ای کوچک اغلب به تعداد ویژگی های تابش نسبت داده می شود (گاهی اوقات شما می توانید اصطلاح "جهت بالا از تابش را برآورده کنید)، که به نوبه خود، به ما اجازه می دهد تا در مورد شدت بالایی از تابش لیزر صحبت کنیم. بنابراین، به منظور درک اصول عملیات لیزر، لازم است در مورد خواص مشخصه اشعه لیزر و متوسط \u200b\u200bمعکوس و جمعیت جمعیت - یکی از سه جزء اصلی لیزر صحبت کنید.

طیف اشعه لیزر. monochromatism.

یکی از ویژگی های تابش هر منبع، طیف آن است. خورشید، دستگاه های روشنایی خانگی دارای طیف گسترده ای از تابش هستند که در آن مولفه هایی با طول موج های مختلف وجود دارد. چشم ما چنین تابش هایی را به عنوان نور سفید درک می کند، اگر شدت اجزای مختلف در تقریبا یکسان وجود داشته باشد، یا به عنوان یک نور با برخی از سایه ها (به عنوان مثال، در نور خورشید، قطعات سبز و زرد ما غلبه می کند).

منابع لیزر تابش، برعکس، طیف بسیار محدودی دارند. در برخی از تقریبی، می توان گفت که تمام فوتون های تابش لیزر دارای طول موج های مشابه (یا نزدیک) هستند. بنابراین، تابش لیزر روبی، به عنوان مثال، طول موج 694.3 نانومتر است که مربوط به نور سایه قرمز است. طول موج نسبتا نزدیک (632.8 نانومتر) اولین لیزر گاز - هلیوم نئون است. برعکس، لیزر گاز آرگون یون، طول موج 488.0 نانومتر است که از نظر چشم ما به عنوان رنگ فیروزه ای (متوسط \u200b\u200bبین سبز و آبی) درک می شود. لیزرهای مبتنی بر Sapphire doped با یون های تیتانیوم دارای طول موج در ناحیه مادون قرمز هستند (معمولا نزدیک به طول موج 800 نانومتر)، بنابراین تابش آن برای انسان نامرئی است. بعضی از لیزرها (به عنوان مثال، نیمه هادی با یک شبکه پراش چرخشی به عنوان یک آینه خروجی) می توانند طول موج اشعه خود را بازسازی کنند. با این حال، رایج برای همه لیزرها، این است که اکثریت انرژی تابش آنها در یک منطقه طیفی باریک متمرکز شده است. این ویژگی اشعه لیزر تک رنگ (از یونانی "یک رنگ") نامیده می شود. در شکل 1 برای نشان دادن این ویژگی، طیف تابش خورشید (در سطح لایه های خارجی جو و سطح دریا) و تولید لیزر نیمه هادی شرکتتورلع

شکل. 1. طیف تابش خورشید و لیزر نیمه هادی.

درجه تابش لیزر تک رنگ را می توان با عرض طیفی خط لیزر مشخص کرد (عرض می تواند به عنوان جلوگیری از طول موج یا فرکانس از حداکثر شدت) داده شود. به طور معمول، عرض طیفی توسط سطح 1/2 تنظیم شده است (fwhm)، 1 / \u200b\u200be یا 1/10 از حداکثر شدت. در برخی از تاسیسات لیزر مدرن، عرض پیک تابش در چندین KHZ به دست می آید، که به عرض خط لیزر در کمتر از یک میلیارد نانومتر مربوط می شود. برای متخصصان، ما یادآوری می کنیم که عرض خط لیزر می تواند به صورت منظم عرض خط تابش خود به خود، که همچنین یکی از ویژگی های متمایز لیزر است (به عنوان مثال، به عنوان مثال، با منابع لومینسنت و سوپرمنیتینت) است.

انسجام تابش لیزر

Monochromatism مهم است، اما نه تنها دارایی اشعه لیزر است. یکی دیگر از ویژگی های تعیین کننده اشعه لیزر، انسجام آن است. معمولا درباره انسجام فضایی و زمانی صحبت می کنند.

تصور کنید که پرتو لیزر با یک آینه شفاف به نصف تقسیم می شود: نیمی از انرژی پرتو از طریق آینه عبور می کرد، نیمه دیگر منعکس شد و به سیستم آینه های راهنمای رفت (شکل 2). پس از آن، پرتو دوم دوباره به اولین بار کاهش می یابد، اما با تاخیر زمانی. حداکثر زمان تاخیر که در آن بسته نرم افزاری می تواند تداخل (به عنوان مثال، برای تعامل با فاز تابش، و نه تنها شدت آن) و زمان انسجام از تابش لیزر، و طول مسیر گسترش که پرتو دوم نامیده می شود به دلیل انحراف آن - انسجام طول طولی گذشت. طول انسجام طولی لیزر مدرن می تواند از یک کیلومتر عبور کند، هرچند برای اکثر برنامه های کاربردی (به عنوان مثال، برای لیزر پردازش صنعتی) چنین انسجام فضایی بالا از پرتو لیزر مورد نیاز نیست.

شما می توانید پرتو لیزر و متفاوت را تقسیم کنید: به جای یک آینه شفاف، سطح کاملا بازتابنده را قرار دهید، اما این یک بسته نرم افزاری برای همپوشانی آن نیست، اما تنها بخشی از آن (شکل 2). سپس تعامل تابش مشاهده می شود، که در آن توزیع شد بخش های مختلف پرتو. حداکثر فاصله بین نقاط پرتو، تابش که در آن تداخل می شود، طول انسجام عرضی پرتو لیزر نامیده می شود. البته، برای بسیاری از لیزرها، طول انسجام عرضی به سادگی برابر با قطر پرتو تابش لیزر است.

شکل. 2. توضیح مفاهیم انسجام موقت و فضایی

واگرایی از تابش لیزر. پارامتر M. 2 .

مهم نیست که چگونه ما به دنبال یک پرتو تابش لیزر موازی بودیم، همیشه یک واگرایی زاویه ای غیر صفر دارد. حداقل زاویه واگرایی لیزر ممکن استα D. ("محدودیت پراکندگی") به ترتیب با بیان بیان می شود:

α d ~ λ / D، (1)

جایی که λ - طول موج تابش لیزر، وD. - عرض پرتو آزاد شده از لیزر. آسان است که محاسبه کنید که با طول موج 0.5 میکرومتر (پرتو سبز) و عرض پرتو لیزر 5 میلیمتر، زاویه واگرایی ~ 10 -4 راد یا 1/200 درجه است. علیرغم ارزش قطعه، واگرایی زاویه ای ممکن است برای برخی از برنامه های کاربردی (به عنوان مثال، برای استفاده از لیزر در مبارزه، حیاتی باشد سیستم های ماهواره ای) از آنجا که محدودیت بالایی از تراکم قابل دستیابی قدرت تابش لیزر را تعیین می کند.

به طور کلی، کیفیت پرتو لیزر را می توان با پارامتر تنظیم کردمتر 2 . اجازه دهید حداقل به سطح لکه ای که توسط لنز کامل ایجاد شده است، در هنگام تمرکز بر روی پرتو گاوسی، برابر استS. . سپس اگر همان لنز را از این لیزر در لکه های منطقه تمرکز کنیدS 1\u003e S، پارامتر M 2 اشعه لیزر:

m 2 \u003d s 1 / s (2)

برای بالاترین کیفیت سیستم لیزر کیفیتمتر 2 نزدیک به وحدت (به طور خاص، لیزر با پارامتر وجود داردمتر 2 برابر با 1.05). با این وجود ضروری است که به یاد داشته باشید که نه برای همه کلاس های لیزر امروز، مقدار کم این پارامتر قابل دستیابی است که باید هنگام انتخاب یک کلاس لیزر برای یک کار خاص مورد توجه قرار گیرد.

ما به طور خلاصه خواص اساسی اشعه لیزر را هدایت کردیم. ما در حال حاضر اجزای اصلی لیزر را توصیف می کنیم: متوسط \u200b\u200bبا جمعیت معکوس، رزوناتور لیزر، پمپاژ لیزر، و همچنین طرح سطح لیزر.

چهارشنبه با جمعیت معکوس. نمودار سطح لیزر. خروجی کوانتومی

عنصر اصلی تبدیل انرژی یک منبع خارجی (انرژی الکتریکی، انرژی تابش الکتریکی، انرژی لیزر پمپ اضافی) به نور، محیطی است که جمعیت معکوس یک جفت سطح ایجاد می شود. اصطلاح "معکوس جمعیت" به این معنی است که یک درصد معینی از ذرات ساختاری متوسط \u200b\u200b(مولکول ها، اتم ها یا یون ها) به یک حالت هیجان انگیز تبدیل می شود و برای یک جفت خاص از سطوح انرژی این ذرات (سطح لیزر بالا و پایین تر) در سطح انرژی بالا ذرات بیشتر از پایین است.

با گذر از طریق یک رسانه با یک رسانه معکوس، تابش اشعه ای که انرژی آن برابر با تفاوت انرژی دو سطح لیزر دارد، ممکن است افزایش یابد، در حالی که از بین بردن تحریک بخشی از مراکز فعال (اتم / مولکول / یون ها) افزایش می یابد ) افزایش به دلیل تشکیل کوانتومی جدید تابش الکترومغناطیسی با همان طول موج، جهت انتشار، فاز و حالت قطبش به عنوان کوانتومی اصلی رخ می دهد. بنابراین، لیزر نسل از بسته های مشابه (برابر با انرژی، منسجم و حرکت در یک جهت) فوتون ها را می گیرد (شکل 3)، که خواص اساسی اشعه لیزر را تعیین می کند.

شکل. 3. نسل فوتون های منسجم با تابش اجباری.

با این حال، یک محیط مجاور پرجمعیت را در یک سیستم تشکیل دهید که شامل تنها دو سطح است، اما در تقریب کلاسیک غیرممکن است. لیزرهای مدرن معمولا سیستم سه سطح یا چهار سطح از سطوح درگیر در تولید لیزر دارند. در این مورد، تحریک واحد ساختاری رسانه را به بالاترین سطح می رساند که از آن ذرات در یک زمان کوتاه به مقدار پایین انرژی - سطح لیزر بالایی می پردازند. یکی از سطوح اساسی نیز در تولید لیزر دخیل است - حالت اصلی اتم در طرح سه سطح یا متوسط \u200b\u200b- در چهار سطح (شکل 4). طرح چهار سطح به دلیل این واقعیت است که سطح متوسط \u200b\u200bمعمولا توسط تعداد کمی از ذرات بسیار کمتر از حالت زمین، برای ایجاد یک جمعیت معکوس (بیش از تعداد ذرات هیجان شده بالاتر از تعداد از اتم ها در سطح لیزر پایین تر) به نظر می رسد بسیار ساده تر است (برای شروع تولید لیزر شما نیاز به گزارش انرژی متوسط \u200b\u200bکمتر).

شکل. 4. سطح سه سطح و سطح چهار سطح.

بنابراین، با تولید لیزر، حداقل مقدار محیط کار گزارش شده انرژی برابر با انرژی شروع از بالاترین سطح سیستم است و این نسل بین دو سطح زیرزمینی رخ می دهد. این باعث می شود که این واقعیت که PDA لیزر در ابتدا با نسبت انرژی تحریک به انرژی انتقال لیزر محدود می شود، ایجاد می شود. این نسبت خروجی لیزر کوانتومی نامیده می شود. شایان ذکر است که معمولا PDD لیزر از شبکه چند بار (و در برخی موارد حتی چند ده بار) زیر خروجی کوانتومی آن است.

لیزرهای نیمه هادی ساختار خاصی از سطوح انرژی دارند. در فرآیند تولید تابش در لیزر نیمه هادی، الکترون های دو منطقه نیمه هادی درگیر هستند، اما به لطف ناخالصی هایی که نور را تشکیل می دهندp - n. انتقال، مرزهای این مناطق در قسمت های مختلف دیود نسبت به یکدیگر تغییر می کنند. جمعیت معکوس در منطقهp - n. انتقال در چنین لیزرها به علت جریان الکترونها به منطقه انتقال از منطقه هدایت ایجاد می شودn. -Post و سوراخ از منطقه Valenceپ. - آماده. خواندن بیشتر در مورد لیزرهای نیمه هادی را می توان در ادبیات ویژه یافت.

در لیزرهای مدرن، روش های مختلف ایجاد یک جمعیت معکوس یا پمپاژ لیزر اعمال می شود.

پمپاژ لیزر روش های پمپاژ.

به منظور لیزر شروع به تولید تابش، ضروری است که انرژی را به محیط فعال خود تبدیل کنیم تا جمعیت معکوس را در آن ایجاد کنیم. این فرایند لیزر پمپاژ نامیده می شود. چندین روش پمپاژ پایه وجود دارد، کاربرد آن در یک لیزر خاص بستگی به نوع محیط فعال دارد. بنابراین، برای excimer و برخی از لیزرهای گاز در حالت پالس (به عنوان مثال،CO 2. - لیزر) ممکن است مولکول های لیزر را با تخلیه الکتریکی تحریک کنید. در لیزر گاز مداوم برای پمپاژ، شما می توانید از تخلیه درخشان استفاده کنید. پمپاژ لیزرهای نیمه هادی به دلیل برنامه ولتاژ انجام می شودp - n. لیزر انتقال برای لیزرهای حالت جامد، ممکن است از یک منبع غیر گرم از تابش (فلاش لامپ، حاکم یا یک آرایه از دیودهای نوری) یا یک لیزر دیگر استفاده کنید، طول موج آن مربوط به تفاوت در انرژی است حالت های اصلی و هیجان زده از اتم ناخالص (در لیزر های حالت جامد، به عنوان یک قاعده، تولید لیزر بر روی اتم ها و یا ناخالصی های یون ها رخ می دهد که در شبکه ماتریس حل شده است - برای مثال، برای یک لیزر روبی، یون های کروم فعال هستند).

خلاصه، می توان گفت که روش پمپاژ لیزر توسط نوع و ویژگی های مرکز فعال محیط تولید کننده تعیین می شود. به عنوان یک قاعده، برای هر نوع خاص لیزر بیشترین روش موثر پمپاژ، که نوع و طراحی سیستم تامین انرژی را به محیط فعال تعیین می کند.

رزوناتور لیزر شرایط تولید لیزر. رزوناتورهای پایدار و ناپایدار.

محیط فعال و سیستم تحویل به آن هنوز هم به اندازه کافی برای تولید لیزر نیست، اگر چه آنها می توانند برخی از دستگاه ها را (به عنوان مثال، تقویت کننده یا منبع تابش فوق العاده آلومینیوم) ایجاد کنند. تولید لیزر، I.E. انتشار نور منسجم تک رنگ تنها در حضور بازخورد یا یک رزوناتور لیزر رخ می دهد.

در ساده ترین مورد، رزوناتور یک جفت آینه است که یکی از آنها (آینه خروجی لیزر) شفاف است. به عنوان یک آینه دیگر، به عنوان یک قاعده، یک بازتابنده با ضریب انعکاس در طول موج نسل، نزدیک به 100٪ ("آینه ناشنوا") برای جلوگیری از تولید لیزر "در دو طرف" و از دست دادن انرژی بیش از حد.

رزوناتور لیزر تضمین می کند که تابش به محیط فعال بازگشته است. این شرایط برای وقوع تابش منسجم و تک رنگ بسیار مهم است، زیرا فوتون های بازگشت به محیط باعث می شود که تابش با خود از لحاظ فرکانس و فاز فوتون ها اشباع شوند. بر این اساس، به تازگی ناشی از محیط فعال تابش اشعه، با رزوناتور که قبلا منتشر شده است، منسجم خواهد بود. بنابراین، خواص مشخصه اشعه لیزر در بسیاری از موارد، طراحی و کیفیت یک رزوناتور لیزر است.

ضریب بازتاب آینه شفاف خروجی از رزوناتور لیزر به گونه ای انتخاب شده است تا حداکثر قدرت خروجی لیزر را تضمین کند یا بر اساس سهولت فناوری تولید. بنابراین، در برخی از لیزرهای فیبر، دقیقا فیبر فیبر فیبر فیبر می تواند به عنوان آینه خروجی استفاده شود.

یک وضعیت واضح برای تولید لیزر پایدار، شرط برابری تلفات نوری در رزوناتور لیزر (از جمله تلفات به خروجی تابش از طریق آینه های رزوناتور) و ضریب افزایش تابش در محیط فعال است:

exp ( آ.× 2L) \u003d R 1 × R 2 × exp ( g.× 2L) × x، (3)

جایی که L. \u003d طول متوسط \u200b\u200bفعالآ. - ضریب به دست آوردن ضریب در یک محیط فعال،R 1 و R 2 - ضرایب انعکاس آینه های رزوناتور وg. - ضررهای "خاکستری" در یک محیط فعال (به عنوان مثال، از دست دادن تابش همراه با نوسانات چگالی، نقص لیزر، پراکندگی پراکندگی و سایر انواع تلفات نوری که توسط تضعیف تابش در طول عبور از طریق محیط تضعیف می شود، به جز جذب، تضعیف می شود از اتم های تابش اشعه). آخرین عامل "ایکس. »نشان می دهد تمام زیان های دیگر موجود در لیزر (به عنوان مثال، یک عنصر جذب ویژه را می توان به لیزر معرفی کرد، به طوری که لیزر می تواند پالس ها را با مدت زمان کمی تولید کند)، اگر آنها غایب هستند، برابر با 1. برای به دست آوردن توسعه تولید لیزر از فوتون های خود به خود منتشر شده، بدیهی است که برابری لازم است که علامت "\u003e" را جایگزین کنید.

از برابری (3)، قانون زیر به دنبال انتخاب آینه لیزر خروجی است: اگر ضریب افزایش تابش با زیان های خاکستری فعال باشد (آ.- g.) × L. ضریب انعکاس آینه خروجیR 1 باید بزرگ شود به طوری که تولید لیزر به دلیل انتشار تابش از رزوناتور محو نمی شود. اگر ضریب سود بسیار بزرگ باشد، معمولا کمتر منطقی است که کمتر را انتخاب کنیدR 1 از آنجا که ضریب بازتاب بالا منجر به افزایش شدت تابش در داخل رزوناتور می شود، که می تواند بر زندگی لیزر تاثیر بگذارد.

با این حال، رزوناتور لیزر نیاز به تنظیم دارد. فرض کنید که رزوناتور از دو موازی موازی تشکیل شده است، اما نه جدا شده (به عنوان مثال، در یک زاویه به یکدیگر قرار دارد). در چنین رزوناتور، تابش، عبور از رسانه های فعال چند بار، فراتر از حد لیزر می رود (شکل 5). رزوناتورها که در آن تابش در طول زمان نهایی فراتر از حد مجاز آن است، ناپایدار نامیده می شود. چنین رزوناتورها در برخی از سیستم ها (به عنوان مثال، در لیزرهای پالس قدرتمند طراحی ویژه استفاده می شود)، با این حال، به عنوان یک قاعده، بی ثباتی رزوناتور در برنامه های کاربردی عملی تلاش می کند تا از آن جلوگیری شود.

شکل. 5. رزوناتور ناپایدار با آینه های بزرگ؛ رزوناتور پایدار I.

پرتو تابش ثابت در آن.

برای افزایش پایداری رزوناتور، سطوح بازتابنده منحنی به عنوان آینه استفاده می شود. با مقادیر مشخصی از شعاع سطوح بازتابنده، این رزوناتور به اختلالات کوچک تنظیم حساس است، که باعث می شود که کار با لیزر به طور قابل توجهی ساده شود.

ما به طور خلاصه مجموعه ای از عناصر مورد نیاز را برای ایجاد یک لیزر و ویژگی های اصلی اشعه لیزر توصیف کردیم.

رونوشت.

1 وزارت آموزش و پرورش و علوم فدراسیون روسیه دانشگاه ایالتی امور خارجه دانشگاه ایالتی Moscow Interaction لیزر با ماده مسکو 2014

2 وزارت آموزش و پرورش و علوم فدراسیون روسیه دانشگاه ایالتی مسکو دانشگاه ژئودزیسیا و کارتوگرافی یو. Klimkov، vs Majorov، M.V. تعامل خوب از تابش لیزر با ماده مسکو 2014

3 Reviewers UDC: دکتر فیض- مات. علوم، استاد Iplot Ran F.V. Lebedev؛ استاد گروه فیزیک Mei E.F. کامپایلر Ishchenko: Yu.M. Klimkov، vs Majorov، M.V. تعامل خوب از تابش لیزر با یک ماده: آموزش. m: miigaik، ص. این دوره مطابق با برنامه انضباطی تقریبی تصویب شده توسط وزارت آموزش و پرورش و علم فدراسیون روسیه برای جهت "تکنیک لیزر و تکنولوژی لیزر" تهیه شد. توصیه شده توسط وزارت طراحی و تکنولوژی ساخت ابزار نوری و تایید شده به انتشار کمیسیون انتشارات سرمقاله دانشکده سیستم های اطلاعاتی و فناوری های نوری. راهنمای آموزشی به منظور کمک به دانش آموزان V دوره های Foist در توسعه مواد نظری به میزان "تعامل تابش لیزر با ماده"، و همچنین در اجرای کار عملی و آزمایشگاهی بر روی این نرخ ارز. نسخه الکترونیکی تدبیر نوشته شده در کتابخانه Miigaik کتابخانه

4 مقدمه تعامل تابش لیزر با ماده یکی از مهمترین مسیرهای علمی اپتیک های مدرن و فیزیک لیزر است. این جهت به ضروری و قابل ملاحظه ای اجازه می دهد تا ایده هایی راجع فرایندهای فتوفیزیک بنیادی که در ماده (به طور عمده در رسانه های چگالی) اتفاق می افتد، در معرض شارژ شدید نور و طول موج های مختلف قرار دهد. همچنین این امکان را برای توسعه پایه های فیزیکی مسیرهای متعدد اعمال شده مرتبط با لیزر و برنامه های کاربردی آنها در تکنولوژی ایجاد کرد. بنابراین، دانش مکانیسم های اصلی و الگوهای نفوذ لیزر بر ماده ضروری است برای یک دانشگاه کامل و آموزش مهندسی تکنولوژی لیزر و تکنولوژی. هدف از این رشته، تشکیل ایده ها در مورد تعامل تابش شدید با ماده مهمترین بخش علمی فیزیک نوری است. وظیفه این رشته به دانش آموزان دانش آموزان مدرن، با توجه به آخرین دستاوردهای علمی در زمینه تأثیرات لیزر بر روی ماده و پیوند این دانش با سایر رشته های تخصصی و رشته های حمایت کننده. این دوره مبتنی بر دانش مقررات اصلی و اصطلاحات دوره های فیزیک، "مبانی اپتیک"، "شیمی"، "مطالعات فلزی و تکنولوژی مواد ساختاری"، "تکنیک لیزر" است " پایگاه های فیزیکی الکترونیک کوانتومی، دستگاه های Opto-Electronic and systems "و پایه ای برای مطالعه" تکنولوژی لیزر "است. لیستی از نامزدهای پذیرفته شده ظرفیت جذب متوسط \u200b\u200bB مغناطیسی القاء C اختصاصی ظرفیت حرارتی D القاء الکتریکی E میدان الکتریکی میدان الکتریکی H میدان مغناطیسی H به شدت از تابش حادثه M جرم ماده N تعداد فوتون، ذرات هیجان زده، سطح جمعیت Q قدرت از منبع حرارتی ضریب انعکاس 3

5 ثانیه منطقه تعامل دما T دماسنج Timeptimity Releficty Relief Relief Grid C سرعت نور یا ویژه حرارتی D موج بردار D موج درجه حرارت سیاه و سفید عمق نفوذ J Dysnity فعلی K موج موج M منبع حرارت R Radius-Vector مختصات فضایی r، d اندازه بخش از پرتو لیزر T زمان V سرعت حرکت X، Y، Z مختصات فضایی α ضریب جذب در محیط β ضریب پراکندگی γ- فرکانس برخورد الکترونها آزاد Δ تراکم سطح شارژ ε ثابت ε ثابت ζ ضخامت لایه پوست لایه η ویسکوزیته سینماتیک η مقدار زاویه ای λ طول موج تابش یا هدایت حرارتی نفوذپذیری مغناطیسی μ تراکم ماده Σ هدایت یا ضریب خاص کشش سطحی τ زمان قرار گرفتن در معرض زمان یا مدت زمان فرآیند χ ضریب انقراض ψ ψ فاز نوسان الکترومغناطیسی ω فرکانس نوسان الکترومغناطیسی ħ پانل دائمی 4

6 1. مکانیزم جذب و تخریب انرژی در روز چهارشنبه 1.1. جذب امواج الکترومغناطیسی در محیط، تابش لیزر یکی از انواع انرژی الکترومغناطیسی است و در نتیجه، تعامل تابش لیزر با ماده، تعامل با ماده یک موج الکترومغناطیسی با خواص و ویژگی های خاص آن (به عنوان انسجام، تک مولکروماتیزم و غیره است .). مواد پردازش پردازش تکنولوژیکی لیزر عمدتا با گرمایش محلی، I.E. با انتقال انرژی از موج الکترومغناطیسی در ماده. در تمام مدل های فیزیکی تکنولوژی لیزر عبارتند از بیان قانون حفاظت از انرژی. اغلب این معادله هدایت حرارتی در فرمول های مختلف است که برای محیط های ایزوتروپیک به طور کلی ثبت می شود: T ρ C + V grad () T div λ grad () () t \u003d QR، T، T (1.1.1 ) تراکم ρ؛ C حرارت خاص؛ λ هدایت حرارتی؛ v () rt، بردار میدان سرعت؛ QRT ()، تراکم قدرت حجمی منابع گرما. شرایط اولیه و مرزی یک مشکل حرارتی خاص بر اساس ویژگی های فرایند مورد بررسی قرار می گیرد. QRT منبع حرارتی لیزر () در محیط تغلیظ شده رخ می دهد، در بسیاری از موارد می تواند سطحی در نظر گرفته شود. ضرایب ترموفیزیکی که توابع تابع در محاسبات مهندسی هستند معمولا ثابت هستند و از مقادیر میانگین آنها استفاده می کنند. برای برآورد مقادیر پارامترهای بسیاری از وظایف حرارتی، یک معادله هدایت حرارتی یک بعدی اغلب استفاده می شود، توصیف گرمای متوسط \u200b\u200bنیمه بی نهایت متوسط \u200b\u200b(z\u003e 0) با یک سطح سطح همگن نامحدود: AI ZT ( ) Z، T \u003d 0 4 در IERF، (1.1.2) λ 4at که در آن و ظرفیت جذب محیط؛ من 0 شدت تابش حادثه؛ a \u003d λ / ρc teterolution. پنج

7 عملکرد یکپارچه انتگرال یکپارچه از IERF (X) ERF (Y) DY جدول بندی Y X 2 2 T است. تابع ERF (Y) E DT π نیز یک تابع صفحه گسترده است (یا محاسبه شده توسط روش های عددی). TAC به عنوان IERF () 0 \u003d 1 / π، با توجه به فرمول (1.1.2)، برآورد درجه حرارت بر روی سطح اغلب ساخته شده است، و به طور کلی ارزش یکی از مقادیر T، I 0 را پیدا کنید t به دو نفر دیگر. به عنوان مثال، با توجه به فرمول، ïëλtïëë من \u003d (1.1.3) 4AT ارزیابی از تراکم قدرت بحرانی، جذب بر روی سطح و لازم برای شروع مواد ذوب در طول T. یا، به عنوان مثال، عمق H، که گرما در طول زمان نفوذ می کند، توسط بیان H 2 Aτ (1.1.4) تخمین زده می شود تقریبی یک بعدی اگر اندازه پرتو لیزر بر روی سطح مواد به طور قابل توجهی درست باشد بیش از عمق نفوذ گرما در مواد است. در هر صورت، قرار گرفتن در معرض حرارت لیزر به مواد مهم نیست نه تنها قدرت تابش لیزر، و قدرت جذب شده توسط مواد و آینده برای به دست آوردن یک نتیجه مفید است. ظرفیت جذب A، که برای ضریب I 0 در عبارت (1.1.2) قرار دارد، در یک فرم یا یک دیگر در تمام فرایندهای تکنولوژیکی لیزر ظاهر می شود. فرایندهای فیزیکی و فیزیکوشیمیایی مختلفی وجود دارد که بر ظرفیت جذب تأثیر می گذارد. شدت موج الکترومغناطیسی که در مواد فرآوری شده در جهت محور Z پخش می شود، توسط قانون لامبرت 6 0 () () IZ \u003d AI0 EXP α Z، (1.1.5) متفاوت است، جایی که من 0 شدت در حال سقوط است سطح بخش رسانه موج؛ و ظرفیت جذب که A \u003d E \u003d 1 R (درجه E ضریب انعکاس سیاه و سفید)؛ ضریب جذب انرژی الکترومغناطیسی α در محیط. شدت موج الکترومغناطیسی در 2.73 بار در فاصله δ \u003d 1 / α قرار دارد.

8 ظرفیت جذب یک نسبت شار جذب شده (انرژی) را نشان می دهد و ضریب جذب نور در محیط α به سرعت در طول توزیع، تابش را جذب می کند. منبع حرارتی Q که در مواد تحت عمل تابش لیزر رخ می دهد، با هر دو قدرت کامل متناسب با یک و محلی سازی در حجم بسته به نوع α مشخص می شود. جذب نور توسط هادی ها (فلزات) در فلزات (هادی ها) موج الکترومغناطیسی به طور نمادین در یک لایه سطح بسیار نازک از به اصطلاح محو می شود. "لایه پوست" (δ ~ CM، I.E. α ~ cm -1) و جذب بر روی الکترونهای هدایت رخ می دهد. با پردازش لیزر مواد، عمق نفوذ گرما به عمق فلز، اگر چه چندین مرتبه از مقدار بیش از ضخامت لایه پوست، تقریبا مجاور به سطح مواد، و در نتیجه، در تمام محاسبات، منبع حرارتی می تواند در نظر گرفته شود سطحی تعامل نور با فلزات (هادی) با حضور تعداد زیادی از الکترونها در آنها تعیین می شود، بنابراین به طور ضعیفی با شبکه کریستال مرتبط است که این الکترون ها را می توان به طور غیر مستقیم در نظر گرفت. شارژ مثبت الکترواستاتیک یونهای شبکه های فلزی جبران می شود تا اتهام منفی این الکترون ها را جبران کند. مجموعه ای از الکترون های آزاد (الکترونهای هدایت) به نام الکترونیک نامیده می شود. غلظت الکترون های آزاد در فلزات بسیار مهم است (~ cm -3). در زمینه موج الکترومغناطیسی حادثه، الکترون های آزاد نوسان و امواج ثانویه را منتشر می کنند، که هنگام اضافه کردن، یک موج قوی منعکس می شود. جذب نور توسط الکترونهای هدایت تنها با تعامل آنها با مشبک فلزی امکان پذیر است و بنابراین تا حدی به گرما می رود. در هادی کامل، جایی که تلفات در گرمای جولزو به طور کلی وجود ندارد، جذب صفر است، زیرا نور حادثه به طور کامل منعکس شده است. جذب نور منجر به افزایش انرژی الکترون های آزاد می شود. از زمان تعیین تعادل در گاز الکترون به طور قابل توجهی کمتر از زمان ایجاد تعادل بین الکترون ها و پنجره های اتم است، دو زیر سیستم ترمودینامیکی با دمای های مختلف به نظر می رسد الکترونیکی و فونون. بخشی از الکترون های انرژی جذب شده به شبکه منتقل می شود، اما راندمان انتقال به دلیل تفاوت های زیادی در توده های الکترونها و یون ها کوچک است. بنابراین، در اولین لحظه، الکترونیک در مقایسه با مشبک به طور قابل توجهی بیش از حد گرم می شود. با این حال، افزایش دمای گاز الکترون تنها زمانی اتفاق می افتد که مقدار انرژی منتقل شده توسط شبکه با مقدار 7 مقایسه نمی شود

9 انرژی به دست آمده از طریق الکترونها از موج الکترومغناطیسی. با توجه به این واقعیت که زمان مشخصی برای مبادله انرژی بین این زیر سیستم های τ ~ C و زمان قرار گرفتن در معرض تابش بر روی ماده در طی پردازش لیزر مواد تقریبا همیشه چند مرتبه بزرگ است، پس از آن ما از کل استفاده خواهیم کرد دمای فلزی. برای هادی های خوب، ضریب انعکاس R معمولا نزدیک به 1 است و بر این اساس، ظرفیت جذب کوچک است. ما مقادیر ظرفیت جذب برخی از فلزات (تمیز؛ در دمای 20 درجه سانتیگراد) ارائه می دهیم: لیزرهای جدول 8 فلزی AR + λ ~ 0.488 μm rubin λ ~ 0.69 μm nd AIG λ ~ 1.06 μm CO 2 λ ~ 10.6 μm al آلومینیوم 0، 19 0،11 0.08 0،019 W تنگستن 0.55 0،50 0،41 0،026 0،45 0.35 0،68 0،45 0.35 0،076 CU CO 0.56 0.17 0،10 0،015 نیکل نیکل 0.40 0.32 0،26 0.03 Ag Silver 0.04 0.04 0.04 0،014 تیتان تیتان 0.48 0.45 0.42 0.08 این داده ها برای فلزات در Vacuo معتبر هستند و در اکثر موارد عملی آنها متوقف می شوند تا به واقعیت متصل شوند (به عنوان مثال، به علت اکسیداسیون سطح، ظرفیت جذب افزایش می یابد). جذب نور توسط دی الکتریک جذب نور توسط دی الکتریک به شدت به طول موج بستگی دارد. در منطقه IR، جذب توسط حالت نوسانات شبکه کریستال و در ترکیبات مولکولی ترکیبات آلی تعیین می شود. برای این منطقه، مقادیر ضریب جذب α ~ cm -1 معمولی هستند. در منطقه قابل مشاهده، جذب ممکن است ناشی از ناخالصی ها باشد (به عنوان مثال، توسط یون ها از فلزات انتقال، نقص شبکه های کریستال، و غیره) یا "دم" از گروه های جذب UV قوی. همچنین می تواند انتقال الکترونیکی گسسته در کریستال های مولکولی (به عنوان مثال، در بسیاری از ترکیبات آلی) نامیده شود. ضرایب معمول در باند جذب ~ cm -1. ضریب α می تواند با ضخامت لایه H ضخیم H با نسبت ارتباط داشته باشد

10 (I / I 0) 100 \u003d ظرفیت انتقال (٪) \u003d 100 E -αH، یا (I / I 0) \u003d e-αH، جایی که من 0 شدت تابش حادثه؛ من شدت تابش گذشته. اندازه گیری مفید ضخامت، که در آن تضعیف قابل توجهی از تابش حادثه رخ می دهد، L \u003d 1 / α است، جایی که L تضعیف می شود. برای جذب قوی α \u003d 10 6 cm -1 و l \u003d 10-6 سانتی متر، برای نسبتا ضعیف α \u003d 10 cm -1 و l \u003d 10-1 سانتی متر. نسبت α و شاخص انکسار از فرم α \u003d 4π m / λ، جایی که M بخش خیالی از شاخص انکسار پیچیده است، ñ \u003d n im؛ λ سقوط طول موج نور. جدول جدول طول موج طول موج، که در آن ظرفیت خم شدن به 10٪ کاهش می یابد، MKM AL 2 O 3 0،15.6.5 به عنوان 2 S 3 0.6 13 BAF 2 0.14 15 CDSE 0.72 24 CDS 0.5 16 CDTE 0.3 30 CAF 2 0.13 12 CSBR 0.2 45 CuCl 0.4 19 الماس (نوع IIA) 0.225 2.5؛ GAAS 1 15 GE 1.8 23 INAS 3.8 7 PBS 3 7 MGO 0.25 8.5 SE 1 20 SIO 2، (ذوب شده) 0.2 4.5 SI 1.2 15 TIO 2 0.43 6، 2 ZNSE 0.5 22 ZNS 0،

11 در منطقه قابل مشاهده برای اما مواد معدنی شفاف، معمولا K ~ 10-5 یا α ~ 10 سانتی متر -1. جدول نشان می دهد فواصل امواج در منطقه IR، که در آن دی الکتریک و نیمه هادی ها به طور اسمی شفاف هستند. در فاصله شفافیت این مواد α می تواند 1 10 سانتی متر -1 باشد. اکثر مواد با اتصالات SI نسبتا شفاف در منطقه قابل مشاهده طیف هستند، اما به شدت در محله λ \u003d 10 میکرومتر جذب می شوند. بنابراین، برای پردازش کوارتز، شیشه های شیشه ای و سیلیکات، بهتر است با استفاده از 2 لیزر استفاده کنید. ترکیبات جامد آلی به شدت در منطقه IR جذب می شوند، اما می توانند بر طول موج های کوتاه تر (به عنوان مثال، پلی اتیلن) \u200b\u200bشفاف باشند. بنابراین، لیزر CO 2 ایده آل برای پردازش این مواد است. در مقایسه با فلزات که در آن جذب تابش در سطح لایه پوست رخ می دهد، جذب در دی الکتریک و اکثر نیمه هادی ها در یک لایه رخ می دهد که به وسیله طول ضخامت L تعیین می شود، که می تواند به طور قابل توجهی از ضخامت لایه پوست معمولی باشد. در منطقه IR L\u003e 10-4 سانتی متر و در نتیجه، در بسیاری از موارد، گرمایش را می توان در نظر گرفت. به طور خاص، این به حرارت دادن فیلم های نازک اشاره دارد، جایی که L می تواند از ضخامت فیلم تجاوز کند. اگر چه ضرایب انعکاس نور قطبی شده بستگی به زاویه سقوط و جهت قطبش دارد، همانطور که در فلزات، زمانی که پردازش، نفوذپذیری دی الکتریک تقریبا برابر با یک است، و پدیده هایی که در طی پردازش فلزات با استفاده از اشعه های قطبی شده مشاهده می شود پردازش دی الکتریک شناسایی نشده است. جذب نور توسط نیمه هادی ها. خواص الکتریکی و نوری نیمه هادی ها با این واقعیت همراه است که سطح انرژی پر از الکترونها در منطقه Valence از منطقه هدایت منطقه ممنوع جدا شده است. بر این اساس، باید یک رویکرد کوانتومی مورد استفاده قرار گیرد، با توجه به نور به عنوان یک جریان فوتون با انرژی ħω. نیمه هادی ها دارای غلظت کم الکترون های آزاد هستند و اگر انرژی کوانتومی نور کمتر از عرض منطقه ممنوعه باشد (ħω

12 اتهام فضایی، که به دلیل وجود مراکز سطح محلی است. چنین مراکز ممکن است به طور مستقیم با تجزیه فرکانس و با اتم ها و مولکول های جذب شده مرتبط شوند. هنگام تجزیه و تحلیل عمل حرارتی تابش در نیمه هادی ها، مکانیزم های زیر جذب تابش الکترومغناطیسی متمایز هستند: 1. جذب نور (Interband) نور. اگر انرژی کوانتومی بیشتر از عرض منطقه ممنوعه (ω\u003e ECS) باشد، پس از آن با توجه به Photofect داخلی، الکترون ها از منطقه Valence به منطقه هدایت منتقل می شوند. زمان طول عمر خود تا زمانی که نوترکیب الکترونی سوراخ با انتشار گرما در شبکه تقریبا با آن است. نیمه هادی شروع به نزدیک شدن به فلزات می شود و بازتابی آن افزایش می یابد. در عین حال، هنگام جذب تابش با حامل های آزاد، به اصطلاح است. "گرما" (شتاب حرکت) از تعداد اولیه الکترونها در منطقه هدایت، که منجر به افزایش غلظت الکترونها به عنوان یک نتیجه از یونیزاسیون حرارتی منطقه والنس، I.E. ممکن است یک فرآیند خودمختاری از گرمایش یک ماده را بگیرد. ضریب جذب α 1 یک جذب CM در جذب فشار داده شده (جذب توسط حامل های آزاد توسط الکترون ها و سوراخ ها) است. به طور مشابه، به طور مشابه به جذب الکترون های آزاد در فلزات، اما در غلظت حامل های آزاد متفاوت است، که در حالت تعادل کوچک (CM -3) کوچک است. ضریب جذب این جذب α 2 ~ CM جذب ناخالصی. این شامل حامل ها با کشورهای انرژی واقع در منطقه ممنوعه (ħω

13 هدایت الکترونها را انجام می دهد و آنها سهم قابل توجهی در کل هدایت حرارتی دارند. انتقال انرژی در نیمه هادی ها نیز می تواند با استفاده از تابش نوترکیبی انجام شود. بر اساس موارد فوق، می توان نتیجه گرفت که با توجه به ماهیت حساسیت به تابش لیزر، نیمه هادی ها موقعیت متوسط \u200b\u200bبین فلزات و مواد شفاف را اشغال می کنند. به عنوان یک نتیجه از جذب تابش لیزر با نیمه هادی ها، جفت الکترون های سوراخ تشکیل می شود که انرژی تابش را با یک شبکه کریستال در طی نوترکیب انتقال می دهد. بنابراین، با افزایش قدرت تابش لیزر، آسیب به مواد به عنوان یک نتیجه از گرما رخ می دهد. چنین فرایند خسارت مشخصی از سیلیکون ضعیف آلیاژ است. با این حال، با یک دوپینگ قوی نیمه هادی، آسیب شبیه به آسیب در فلزات است. کیفیت درمان سطح نیمه هادی نیز تاثیر زیادی بر آستانه آسیب در مواد دارد. اچینگ افزایش آستانه بلورهای نسبتا سنگ زنی بیش از 3 بار، و برای 10 15٪ تولید کننده یا سنگ زنی شیمیایی. خراش ها دارای نفوذ جزئی هستند، هرچند انعکاس و جذب تابش با سطح مسطح با سطح مسطح در بخش 1.1 گفت که بهره وری استفاده از انرژی تابش لیزر در طی پردازش مواد به طور مستقیم به ظرفیت جذب آنها بستگی دارد. با توجه به اینکه متوسط \u200b\u200bجذب می شود تمام موج الکترومغناطیسی مجزا (به عنوان مثال، با توجه به ضخامت متوسط \u200b\u200b\u003e\u003e 1 / α)، ظرفیت جذب A (یا معادل آن با ضریب بازتاب R \u003d 1 a) از مواد با سطح صاف صاف صاف را در نظر بگیرید. اگر سطح ناقص باشد، به عنوان مثال، اثرات خشن، جدید و بسیار غیر معمول ظاهر می شود، که بعضی از آنها در آینده به آن گفته می شود. به یاد بیاورید مفاهیم اساسی و خواص میدان الکترومغناطیسی. میدان الکترومغناطیسی توسط دو بردار نشان داده شده است: E B قدرت میدان الکتریکی؛ E B القاء مغناطیسی. به منظور توصیف اثر زمینه بر روی اشیاء مواد، شما باید گروه دوم بردارها را وارد کنید: D القاء هضم؛ d h ولتاژ میدان مغناطیسی. مشتقات فضایی و موقت این بردارها با معادلات ماکسول همراه است: 12

14 B Rote + \u003d 0؛ t d 4π roth \u003d j t c (اولین جفت معادلات بردار ماکسول)، و divd \u003d ρ؛ divb \u003d 0 (1.2.1) (1.2.2) (1.2.3) (1.2.4) (جفت دوم معادلات اسکالر ماکسول). از معادلات (1.2.2) و (1.2.3)، (به خاطر داشته باشید که div () 0 پوسیدگی معادله تداوم را جبران می کند، که منعکس کننده قانون حفظ شارژ: ρ + divj \u003d 0، (1.2.5) T به عبارت دیگر، اتهامات ρ و جریان های J با این معادله مرتبط هستند، و آنها نمی توانند به صورت خودسرانه، مستقل از یکدیگر تنظیم شوند. به منظور اطمینان از اینکه معادله ماکسول ماکسول یک توزیع داده شده از اتهامات و جریانها است، لازم است برای اضافه کردن نسبت هایی که رفتار مواد تحت تاثیر میدان را توصیف می کنند. چنین نسبتا معادلات مادی نامیده می شود. برای مواد ایزوتروپیک، معادلات مادی در فرم D \u003d ε0 E ثبت می شوند؛ (1.2.6) b \u003d μμ 0 h؛ (1.2.7) j \u003d σe، (1.2.8) که در آن ε ثابت دی الکتریک؛ نفوذ پذیری مغناطیسی μ؛ σ هدایت خاص. معادله (1.2.8) یک فرم دیفرانسیل قانون OHM است. برای اپتیک، وضعیت مشخصه زمانی است که مرزها بین محیط ها وجود دارد، که خواص فیزیکی واکسینه می شود. شرایط مرزی را در سطح دو محیط در نظر بگیرید (بدون خروجی) در نظر بگیرید. مولفه طبیعی بردار القایی مغناطیسی در سطح بخش مستمر است: 13

15 14 B N2 BN 1 \u003d 0. (1.2.9) مولکول نرمال بردار القایی الکتریکی بر روی سطح با چگالی سطح اتهامات ρ * در حال تجربه پرش برابر 4πρ *: DN2 DN 1 \u003d 4 πρ *. (1.2.10) اگر جریان با چگالی سطح J * وجود داشته باشد، جزء مماسی از ولتاژ میدان مغناطیسی، یک پرش برابر 4 π J *: C 4π HT2 HT1 \u003d J * را تجربه می کند. (1.2.11) C جزء مماسی از ولتاژ میدان الکتریکی در سطح بخش به طور مداوم است: E E \u003d (1.2.12) T2 T1 0. بازتاب و انکسار موج الکترومغناطیسی تخت. اجازه دهید موج الکترومغناطیسی قطبی به صورت خطی قطبی قطر به یک زاویه θ 1 به سطح مواد (شکل) کاهش می یابد. این به دو امواج تقسیم می شود: عبور از محیط دوم و منعکس شده است. وجود دو امواج از حل مسئله با این شرایط مرزی پیروی می شود، زیرا نمی توان آنها راضی نکنیم، در صورت عدم وجود حضور هر دو امواج عبور و منعکس کننده. زاویه انکساری از بیان شناخته شده تعیین می شود: SIN θ1 sin θ 2 \u003d (1.2.13) N بازتاب برنج و انکسار موج الکترومغناطیسی صاف از مرز پارتیشن دو جایی که n \u003d εμ شاخص انکسار است. معادلات ماکسول و شرایط مرزی برای مولفه های میدان های الکتریکی و مغناطیسی یک راه حل معادله موج برای امواج منعکس شده و مجزا وجود دارد (فرمول Frenelle)

16 () r () (من tg θ1 θ2) // \u003d //؛ (θ 1 + θ2) e e tg e () r () من گناه (θ1 θ2) \u003d e؛ SIN (θ + θ) 1 2 (1.2.14) ee () t () i // \u003d e // () t () t () i \u003d e sin 2 sin θ cosθ 2 1 (θ + θ) (cos θ θ θ) ) گناه θ2 cosθ1. گناه (θ + θ) 1 2؛ (1.2.15) در مورد کلی محیط جذب، شاخص انکسار یکپارچه شده است: () 1، n \u003d n χ I (1.2.16) که در آن χ ضریب انقراض نامیده می شود (تضعیف پرتو در هنگام توزیع آن متوسط. FRENLLY به دنبال عبارات به طور مستقیم ضرایب بازتاب R. برای رسانه های شفاف (χ \u003d 0)، اگر بردار موج حادثه در هواپیما پاییز قرار دارد (Polarization P)، سپس (θ1 θ2)، (θ + θ) 2 TG r // \u003d (1.2.17) 2 TG 1 2 و اگر بردار عمود بر پایه سقوط هواپیما (قطبش S) باشد، سپس 2 SIN R \u003d (1.2.18) 2 SIN 1 2 π در زغال سنگ بروی θ 2 \u003d θ 1 برای اجزای Polarization P - 2 () R E از موج منعکس برابر صفر برابر (شکل، a) در آن (θ1 θ2). (θ + θ) // مورد یک رسانه شفاف و حداقل مقدار برای یک جذب محیط برای جذب زاویه جذب θ 2 در بیان (1.2.13) به دلیل پیچیدگی شاخص انکسار نیز جامع خواهد بود، و این باید در هنگام جایگزینی آن به فرمول (1.2.14) (1.2 .15) تحت سقوط طبیعی (θ 1 \u003d 0)، ضریب بازتاب 15

17 A B 16 شکل وابستگی ضریب بازتاب R را از زاویه سقوط θ برای E // (P قطبش، منحنی 1) و قطبش E (s، منحنی 2) برای موارد: و یک محیط شفاف در n \u003d 1.5 ؛ B جذب محیط در n \u003d 1.5 و χ \u003d 1 r \u003d () n 1 n () n 1 n χ χ. (1.2.19) اگر nχ \u003e\u003e (n + 1)، سپس r 1؛ بنابراین، تحت کاهش طبیعی، انعکاس قوی با جذب زیادی از تابش در محیط ارتباط دارد. با قطره شیب، عبارات به دست آمده بسیار پیچیده هستند؛ اگر n 2 + n 2 χ 2 \u003e\u003e 1، سپس نسبت های زیر: rr () () n 1 + χ cos θ 1 2 n cosθ + 1 1 \u003d (P polarization)، (1.2.20) n 1 + χ cos θ + 2 n cosθ + 1 /) n () n 1 1 n 1 + χ 2 cosθ + cos θ \u003d n 1 + χ + 2 cosθ + cos θ (قطبش S). (1.2.21) مولکول بردار الکتریکی موج منعکس شده برای قطبش در هواپیما پاییز (P قطبش) حداقل در یک زاویه درآمد خاص به حداقل می رسد (شکل 1.2.2، ب). ما وابستگی های واقعی بازتابندگی ضریب بازتاب را از زاویه افتادن برای آهن و مس (شکل 1.2.3، a، b) ارائه می دهیم. 2 4Σ برای فلزات n \u003d ε 1 I (1.2.22) Εω 0

18 و در بیشتر موارد 4σ / ω \u003e\u003e 1 (در محدوده نوری μ 1)، بنابراین (1.2.19) فرم را می گیرد (برای قطره نرمال): جایی که ω \u003d 2πν فرکانس نور نور. 2ω r \u003d 1 A \u003d 1، (1.2.23) πσ a b شکل وابستگی ضریب بازتاب R از زاویه سقوط θ برای E // (P قطبش، منحنی 1) و قطبش E (s قطبش 2 ) برای آهن (A) و مس (B): خطوط جامد در دمای 20 درجه سانتیگراد، نوار در 1000 با نسبت خوقن Rubens (1.2.23) برای ارزش استاتیک هدایت به خوبی با داده های تجربی برای IR هماهنگ شده است طول موج با λ\u003e 5 میکرومتر. فلزات هادی خوب هستند، بنابراین، با توجه به (1.2.23)، ظرفیت جذب آنها A در طول موج CO 2 -Lase (λ \u003d 10.6 میکرومتر) کوچک است (جدول 1.1.1 را ببینید). این به خصوص برای فلزات غیر آهنی (Al، Cu) و به ویژه برای فلزات نجیب (AG، AU) کم است. به همین دلیل پردازش لیزر این مواد یا دشوار است یا تقریبا غیرممکن است که گاز را با 2-لیزر اشباع کند. علاوه بر این، پوشش طلایی (کمتر از نقره به علت اکسیداسیون) اغلب برای تولید آینه برای این لیزر استفاده می شود. درمان لیزر فلزات غیر آهنی بسیار کارآمدتر است تا لیزرهای AIG حالت جامد (λ \u003d 1.06 میکرومتر) را از بین ببرد، جایی که جذب بسیار بیشتر است. وابستگی ظرفیت جذب و زاویه بروز و قطبش، به شدت تحت تاثیر برش لیزر و جوشکاری لیزر با نفوذ عمیق قرار دارد و همچنین باید در هنگام طراحی سنسورهای تابش لیزر مختلف (به عنوان مثال، دستگیرشدگان) مورد توجه قرار گیرد. 17

19 18 2. امواج الکترومغناطیسی سطحی (PEV) و جذب اشعه لیزر سطوح واقعی مواد کاملا صاف نیستند، حضور حتی یک تسکین جزئی و میکرولرزی ها می تواند ماهیت قبلا توصیف شده از تعامل و جذب اشعه لیزر را تغییر دهد با یک ماده هنگامی که موج الکترومغناطیسی بر روی یک سطح خشن به هزینه پراش می افتد، امواج الکترومغناطیسی سطح PEV (یا در غیر این صورت پلارییتون های سطح) رخ می دهد (یا در غیر این صورت پلارییتون های سطح). PEV در امتداد مرز بخش دو محیط اعمال می شود و هر دو هم در همان زمان وجود دارد. علاقه به مطالعه محدوده نوری PEV به علت این واقعیت است که آنها می توانند به طور موثر بر روی یک سطح واقعی تحریک کنند و به طور قابل توجهی بر فرآیندهای مختلف تاثیر بگذارند. در میان این فرایندها: پراکندگی نور جذب شده بر روی سطح توسط ذرات؛ نسل هارمونیک های بالاتر زمانی که منعکس کننده اشعه لیزر از فلزات؛ تغییر جذب؛ واکنش های فتوشیمیایی؛ شکل گیری ساختارهای دوره ای سطح. PEV در نزدیکی سطح قرار دارد و به طور نمادین در هر دو طرف آن محو می شود. 2.1: () a \u003d a0 exp (± ψ1،2z) exp i kx s ωt. (2.1) Localization Riga از PEV بر روی رابط بخش PEV به شدت امواج الکترومغناطیسی عرضی نیست، اما امواج الکترومغناطیسی طولی TM نوع: بردار مغناطیسی H، عمود بر جهت انتشار PEV (بردار موج K S) ، دروغ در سطح سطح است. بردار الکتریکی دارای دو جزء است: E Z عمود بر سطح، و E x در امتداد بردار موج K S. تداخل برنج PEV با سقوط، منعکس شده و پیش از

20 با امواج شکسته، ماهیت میدان الکترومغناطیسی را در سطح تعیین می کند و از دست دادن آن (جذب) آن. به عنوان یک نتیجه، هر سطح تمیز و غیر اکسیداسیون ممکن است ظرفیت جذب بسیار بالا را داشته باشد. 1، اگر کاهش سطح دارای دوره ای خاص، عمق مدولاسیون و جهت گیری باشد. از آنجایی که زبریسگی خود را می توان به طیف فضایی فوریه خود ارسال کرد، در اصل، مشکل پراکندگی بر روی زبری سطح به کار پراکندگی بر امداد سینوسی کاهش می یابد. میدان های الکترومغناطیسی حاصل از طریق ابررسانای حادثه و تمام پراش در شبکه های فوریه امواج به دست می آیند. سقوط موج الکترومغناطیسی مسطح E (X، Y، Z، T) \u003d EXP (IKX + IK z ω آن) + Êî Ïïïïïïïïïï. IITZ در سطح محیط با اجزای ثابت دی الکتریک از میدان های الکتریکی و مغناطیسی PEV (2.2) 2 ε (Ω) \u003d ε (ω) + i ε (ω) \u003d (n + im) (2.3) و نفوذپذیری مغناطیسی μ \u003d 1، پر کردن نیمه فضای z ξ (x، y) \u003d 2 AQ COS (QR + φ) \u003d ξQ Exp (IQR) + ÊÎììÏÏïïïï ..، (2.4) جایی که K Ω موج بردار موج الکترومغناطیسی حادثه K 0 0 \u003d و به ترتیب، C KT \u003d K0 SIN θ ð êè î ñü x؛ (2.5.A) kz \u003d k0 cos θ ï ðî Åêêèèÿ í à ñü z، (2.5.b) که در آن q 2π برد بردار پنجره q \u003d؛ r \u003d () xy، شعاع بردار، d دروغ گفتن در هواپیما z \u003d 0؛ θ زاویه بروز موج الکترومغناطیسی. نوزده سالگی

21 به عنوان یک نتیجه از پراش پراش پراش (2.2) در مرز مدولاسیون (2.4)، مجموعه ای از زمینه های پراکندگی به عنوان خارج از محیط E EXP (IK r + γ zi ω t) + ÊÎì ïïï 20 20 pppp γ رخ می دهد \u003d kkpp 0 و داخل محیط e \u003d e exp (IKR γ zi eXp (IKR γ ï ω t) + Êî ïïïïïï. pppp γ \u003d kk ε، pp 0 که در آن شاخص P (p \u003d 0؛ ± 1؛ ± 2؛) به معنای ترتیب پراش است ؛ k \u003d k p q p t (2.6) (2.7) (2.8) (2.8) مقدار p \u003d 0 مربوط به آینه منعکس شده و انعطاف پذیر امواج Frenelly است. عبارات برای دامنه های زمینه ها و داخل محیط از محلول معادلات ماکسول و شرایط مرزی برای جزء کل میدان الکترومغناطیسی تعیین می شود. آنها در ادبیات خاص بیان شده اند و کاملا پیچیده هستند. در عین حال، برخی از ویژگی های PEV را می توان از دیدگاه های ساده به اندازه کافی ساده به دست آورد، به عنوان مثال، با استفاده از نمودارهای بردار قانون حفاظت از انگیزه. امواج پراکنده ای از دستور اول را در نظر بگیرید (p \u003d ± 1). به عنوان یک نتیجه از پراش در امداد سینوسی، این دو امواج دارای بردارهای موج k1 \u003d k t q (ñò ÊÑ Â Â Âí à à)؛ (2.9) k \u003d 1 k + t Q (àí à Ê Ê Ê Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â Â í در شکل 2.3 یک دایره با شعاع r \u003d k 0 برابر با مقدار بردار موج موج سقوط انجام می شود. به طور طبیعی، موج Polarized حادثه به طور موثر موجب بروز موج سطح (مورد رزونانس) هنگامی که بردار موج از استوکس و / یا موج ضد سکته مغزی برابر با بردار موج موج سقوط است: KP K (2.11) 0،

سخنرانی 11 طرح 1. پدیده های نوری در رابط رابط رابط: انعکاس و انعکاس نور قطبی در مرز بخش .. Frenelly فرمول. 3. اثر آبجو. 4. تغییر فاز موج نور زمانی که

W09 امواج الکترومغناطیسی. polaritons. اجازه دهید ما را به بررسی ویژگی های امواج الکترومغناطیسی در محیط های مختلف تبدیل کنیم. تمام معادلات شناخته شده ماکسول به صورت 1 b div d 0 پوسیدگی استفاده می شود (1)

3 3. نوسانگر هارمونیک، بهار، آونگ های فیزیکی و ریاضی. آونگ فیزیکی آونگ فیزیکی بدن جامد نامیده می شود که تحت تاثیر گرانش تردید در اطراف است

جذب نور توسط فونون های نوری. طیف سنجی IR. جدول مطالب ملاحظات کیفی ... 1 نسبت LEEDDEIN-SAX TELELER ... 2 آزمایش آزمایش و نمونه هایی از داده های تجربی ... 6 لیست

1 مطالعه جذب نوری نیمه هادی ها هدف از کار: آشنایی با پدیده جذب اکسیژن با یک نیمه هادی، اندازه گیری طیف جذب CDS و کریستال GaAs در اتاق

امواج الکترومغناطیسی سطح در اپتیک. تحریک پلاسمون-پلانتون بر مرز بخش دو محیط Verkoprov AO، Eremeeva A.A. اپتیک مدرن، پس از ظهور لیزر به شدت تغییر کرد

سخنرانی 6 پدیده ترموپتیکی با شدت فوق العاده بالا پرسش های نور: 1. تجزیه نوری محیط .. تاثیر و اثرات غیر خطی حرارتی. مفهوم نیروی اپتیک قدرت رادیویی تاثیر گذار

) در چگونگی زاویه باید یک پرتو نور از هوا به سطح مایع سقوط کند، به طوری که زمانی که پایین رگ شیشه ای منعکس شده است (n \u003d، 5) پر از آب (n 2 \u003d، 33)، نور به طور کامل قطبی بود. 2) چه

13 "نسل و نوترکیب حامل های شارژ" تشکیل الکترونها آزاد و سوراخ های نسل از حامل های شارژ زمانی رخ می دهد که حرکت هرج و مرج حرارتی اتم های شبکه کریستال

پراکندگی نور شناخته شده است که برای یک محیط غیر مغناطیسی خطی (\u003d در Onst) غیر مغناطیسی (\u003d) در غیاب اتهامات و جریان ها (\u003d؛ j \u003d) از معادلات ماکسول، یک معادله موج می تواند به دست آید: e t t

سوالات معمول برای تست (بخشی) معادلات ماکسول 1. کل سیستم کل معادلات ماکسول برای میدان الکترومغناطیسی شکل: نشان دهنده نتیجه آن معادلات عبارتهای زیر هستند: در طبیعت

من خواص اصلی امواج الکترومغناطیسی. 1. عبور و Orthogonality Vectors E R و H R سیستم معادلات ماکسول به شما اجازه می دهد تا به درستی توصیف وقوع و توزیع الکترومغناطیسی را توصیف کنید

کار 5.9 مطالعه تجهیزات لیزر گاز: لیزر گاز، پراش و تداخل مجموعه، اندازه گیری حاکم، صفحه نمایش. مقدمه پدیده تعامل نور با ماده ای با ترمودینامیک طبیعی

فصل اپتیک موج. تداخل و پراکندگی ... دخالت امواج منسجم .... شرایط برای تظاهرات تداخل. تداخل موج - علاوه بر این در فضای دو یا چند امواج، که در آن

نور اپتیک موج یک پدیده پیچیده است: در برخی موارد، نور مانند یک موج الکترومغناطیسی، در دیگران رفتار می کند - به عنوان یک جریان ذرات خاص. ما ابتدا اپتیک موج را مطالعه خواهیم کرد - یک دایره پدیده، بر اساس

سخنرانی 14 تعامل نور با یک ماده امروز: سه شنبه، 12 نوامبر 2013 محتوا سخنرانی: گروه پراکندگی نور سرعت تئوری ابتدایی نور پراکندگی نور پراکندگی نور 1. پراکندگی

خواص موج نور طبیعت نور دوگانه (دوگانه). این به این معنی است که نور به عنوان یک موج الکترومغناطیسی و به عنوان جریان ذرات فوتون ظاهر می شود. فوتون انرژی ε: جایی که H یک تخته ثابت است،

دسامبر 1992 جلد 162، 12 موفقیت در زمینه علوم فیزیکی تداخل تداخل مولفه جت از میدان الکترومغناطیسی A.A. Bells، (موسسه فیزیک و فناوری مسکو، Moskovsky Stankoinstrumental

درس 1 موضوع: تابش تابش تابش حرارتی تعادل حرارتی هدف: قانون استفان بولتزمن، فوتون های شراب، تراکم جریان جریان شعاع تابش پلانک تئوری مختصر گرم

دخالت نور Lukyanov I.V. محتوا: 1. مفهوم شدت جریان نور نظریه الکترونیکی فلزات دره. 3. فشار نور. 4. امواج تک رنگ تداخل. مفهوم شدت

موسسه آموزش عالی دولتی "دونتسک ملی دانشگاه فنی" گروه گزارش فیزیک در مورد آزمایشگاه کار 95 با کار لیزر لیزر نئون و مطالعه خواص لیزر

گروه آزمایشی فیزیک SPBGPU آزمایشگاه آزمایشگاهی 202 وابستگی درجه حرارت مقاومت فلزات و تعریف عینی نیمه هادی از مقاومت ضریب دما

کار آزمایشگاهی 17. قطبش قوانین Malyus و Brewer. دوبرابر هدف از کار: بررسی قوانین مالیوس و بروستر. به دست آوردن نور قطبی بیضوی از خطی قطبی شده است

مدل امتحان مدل Thomson Atom Polarizability اتم ها (ادامه) 4πρq q ɺɺ r + γRɺ + r \u003d e 3 در این معادله حرکت مرکز پوسته الکترونیکی، ما معرفی 4πρq 3 ρq (سیستم

موضوع 3. امواج الکترومغناطیسی در ماده. P.1 EMV در ماده P.2. پراکندگی ص .3 EMV در ماده رسانایی P.4. پراکندگی و کاهش EMV در دی الکتریک P.5. قطبش 1 p.1. EMV در مسئله ماده:

دانشگاه ایالتی نیژنی نووگورود. N. I. دانشکده رادیوفیزیک Lobachevsky گروه الکترونیک گزارش کار آزمایشگاهی: اندازه گیری طول عمر و طول انتشار از حامل های غیر تعادل

وضعیت امتحان هماهنگی فاز (ادامه این مانع می تواند به دلیل دوتایی باشد (دو شاخص انکساری متفاوت در کریستال واقعیت این است که دو نفر در کریستال توزیع می شوند

پراکندگی نور پراکندگی نور پراکندگی نور پراکندگی نور وابستگی شاخص انکساری N ماده از فرکانس ν (طول موج λ) نور، و یا وابستگی سرعت فاز امواج نور V از فرکانس آن

سخنرانی نورپردازی نورپردازی -3 Postnikov Ekaterina Ivanovna، دانشیار گروه فیزیک آزمایشی 5 امواج نور تداخل نور نور پدیده پیچیده نور: در برخی از شرایط آن رفتار می کند

سوالات عمومی 1. Ellipsometry طیفی (بدون ریاضیات) چیست؟ ellipsometry طیفی، روش نوری غیر مخرب، غیر تماس و غیر تهاجمی است که بر اساس نقطه تغییر است

67 فصل 8. تعامل امواج نور با الکترون های آزاد در فصل های قبلی اغلب تصور می شود که الکترونهایی که موج نور تعامل در حالت مرتبط هستند.

کاهش: OPR F-QA F-LA - PR - تعریف فرمول فرمول فرمول 1. میدان الکتریکی 1) خواص شارژ بنیادی (لیست) 2) قانون خنک (F-LA، FIG) 3) بردار کشش الکتریکی

گزینه 1. 1. a) منبع نور با روشنایی L \u003d 200 CD / M 2 در فاصله S 1 \u003d 20 سانتی متر از لنز خوب با فاصله کانونی \u003d 10 سانتی متر است. ایجاد دوره اشعه، برای پیدا کردن ، در فاصله S 2 واقع شده است

تعیین کار آزمایشگاهی از فیلم های فلزی نازک نوری دائمی با رزونانس پلاسمون توسط Kononov Ma nai eK مدل کامپیوتری "خواص نوری فیلم های فلزی" در

اپتیک اپتیک بخش فیزیک نامیده می شود که پدیده ها و قوانین مربوط به وقوع، انتشار و تعامل امواج الکترومغناطیسی نور (390 نانومتر λ 750 نانومتر) را بررسی می کند. هندسی

1 فشار و پالس امواج الکترومغناطیسی فشار موج الکترومغناطیسی به سطح هادی کامل 1. امواج الکترومغناطیسی، منعکس کننده یا جذب در بدن، فشار بر آنها. آی تی

تحقیق در مورد پراش Lipovskaya M.Yu.، Yashin Yu.P. معرفی نور می تواند خود را به عنوان یک موج، و یا به عنوان یک جریان از ذرات که نام دووگرایی Corpuscular - موج را آشکار می کند. تداخل I.

پراکندگی نور. سخنرانی تابش گرما 7 Postnikov Ekaterina Ivanovna دانشیار گروه فیزیک تجربی پراکندگی نور پراکندگی نور وابستگی سرعت فاز C (شاخص انکساری

کار 5.10 تعیین عرض منطقه نیمه هادی ممنوعه در لبه تجهیزات جذب خود: تک رنگ مونوکروماتور UM-2، لامپ رشته ای، گالوانومتر، نورپردازی سولفور-کادمیوم،

اپتیک اپتیک این بخش از فیزیک که در آن الگوهای پدیده های نور مورد مطالعه، ماهیت نور و تعامل آن با ماده است. پرتو نور یک خط است که در آن نور گسترش می یابد. قانون

اصول فیزیکی غربالگری اصول کیفی فیزیکی محافظ را در نظر می گیرند. تجزیه و تحلیل برای یک صفحه نمایش رسانای صاف انجام می شود. در شکل XX توسط فلز تخت بی نهایت گسترش یافته است

EXAMUM FRENEL FRENEL نتایج بازتاب را تقویت کرده و عبور می کند، دامنه های امواج منعکس شده و مجددا از شرایط مرزی، با توجه به عرضی امواج نور و با توجه به قوانین انعکاس

بررسی بازتاب (قانون اسنولیوس و قانون قانون بازتاب اسنولولوس می تواند با کمک ساخت و ساز های گیجن ثابت کند که ما این کار را در هنگام بررسی کریستالوپتر انجام خواهیم داد، و اکنون ما آن را اثبات خواهیم کرد

4. بازتاب کامل خارجی اشعه ایکس اشعه ایکس که در بخش قبلی در نظر گرفته شده است، حداقل زاویه ترازو (O) Min که در آن تابش اشعه ایکس از یک خلاء به چند روز چهارشنبه نفوذ می کند

سوالات برای تست 1 "اپتیک" 1. فهرست قوانین انعکاس نور. چگونه در اصل یک تصویر را در یک آینه تخت دریافت می کنید؟ 2. قوانین رفع نور را فهرست کنید. 3. چگونه توضیح واقعیت انفجار نور؟

تست در گروه های MP 0 MP 5 شامل سوالات و وظایف آزمون توسط تم ها است:. القاء الکترومغناطیسی. القاء خود القایی 3. انرژی میدان مغناطیسی 4. متغیر نوسان الکتریکی

نیمه هادی ها نیمه هادی های جامد بدن جامد، که در آن در T \u003d 0، منطقه Valence به طور کامل پر شده و جدا از منطقه هدایت باریک، در مقایسه با دی الکتریک، منطقه ممنوعه فرض می شود که عرض

قطبش امواج الکترومغناطیسی. (با توجه به توصیف وظایف کارگاه 47 و 4 از نظریه الکترومغناطیسی نور بر اساس سیستم معادله ماکسول، به این معنی است که امواج نور عرضی هستند. این بدان معنی است

تداخل نور آزمایشگاهی. Fresnel Biprism. هدف این کار این است که تداخل نور را بر روی نمونه ای از تجربه با بیپریزی فرنل مطالعه کنیم، زاویه انکساری از دو طرفه را تعیین کنیم تا پرتو لیزر را از بین ببریم

قطبش نور پراکندگی نور اپتیک نور پتانسیل پراکندگی نورپردازی برقی E E & E E E E Vector

آزمایشگاه آزمایشگاهی 9A بررسی پدیده های پراکندگی با استفاده از یک اصول فیزیکی لیزر عمل ژنراتورهای کوانتومی نوری. لیزر (ژنراتور Optical Quantum OCG) یک دستگاه است

"محاسبه غلظت حامل های شارژ در یک کریستال" منجر به پیشگیری از هر بدن جامد، عمدتا توسط غلظت الکترون ها و سوراخ هایی که می توانند تحمل کنند، تعیین می شود. غلظت حامل های شارژ

کار آزمایشگاهی 10 تعیین ضایعات مادی در فیبرهای فیلم هدف از کار محاسبه ضریب انقراض برای راهنمای نور فیلم با استفاده از مقادیر ثابت نوری آن اندازه گیری شده است

آزمون گوشه ای از Brewer's Corner π شرایط α + α \u003d را در نظر بگیرید، جایی که زاویه α از سقوط نور در مرز بخش دو رسانه، زاویه α rafraction π اگر α α TG α α بیان r \u003d است TG α +

3. پراکندگی پراش نور مجموعه ای از پدیده هایی است که در انتشار نور در یک محیط با ناهمگونی های تیز مشاهده شده و با انحراف از قوانین اپتیک های هندسی مرتبط است. انکسار،

مواد فیزیکی، 11 مکانیسم هدایت الکتریکی هدایت الکتریکی را ارائه می دهند. اندازه گیری هدایت الکتریکی، هدایت الکتریکی حجمی و سطحی. انتشار: ترموالکترونیک، الکترونیکی الکترونیکی،

انواع فرآیندهای فیزیکی انتشار الکترونیکی در دستگاه های الکترونیکی و دستگاه های الکترونیکی خلاء: انتشار الکترون ها از کاتد های رشته ای، سرد و پلاسما؛ تشکیل (تمرکز) و

آزمایشگاه آزمایش 19 عکس داخلی. بررسی ویژگی های نورپردازی هدف از کار: به طور تجربی بررسی ولتاژ، نور و ویژگی های طیفی مقاومت عکس را بررسی کنید.

برای حقوق دست نویس

Nethekin Alexey Yuryevich

تعامل تابش لیزر

با مواد چند لایه

01.04.21- فیزیک لیزر

برای یک درجه علمی

پزشکان علوم فیزیکی و ریاضی

سنت پترزبورگ - 2011

این کار در موسسه آموزشی بودجه ای دولت فدرال انجام شد آموزش حرفه ای "دانشگاه پلی تکنیک ایالت سنت پترزبورگ"

(fgbou vpo "spbgpu")

مشاور علمی:

Privalov Vadim Evgenievich

مخالفان رسمی: دکتر علوم فیزیکی و ریاضی، استاد

Aksenov Evgeny Timofeevich

دکتر علوم فیزیکی و ریاضی، استاد

Tolmachev Yuriy Alexandrovich

دکتر علوم فیزیکی و ریاضی، استاد

فدورتین الکساندر بوریسویچ

سازمان پیشرو: دانشگاه فنی دولتی بالتیک "Milnamekh" آنها. D.F. اوستینوف

حفاظت خواهد شد "" 2011 در _______

در نشست شورای پایان نامه، 212.229.01 با FGBOU VPO "St. Petersburg دانشگاه پلی تکنیک" 195251، روسیه، سنت پترزبورگ، ul. پلی تکنیک، د 29، k. 2، A.470.

پایان نامه را می توان در کتابخانه بنیادی یافت.

fgbou vpo "دانشگاه پلی تکنیک سنت پترزبورگ"

دبیر علمی

شورای پایان نامه

d.T.، پروفسور Korotkov A.S.

شرح کلی کار

کار پایان نامه به تجزیه و تحلیل فرایندهای تعامل تابش لیزر در مواد چند لایه با استفاده از روش های مدل سازی ریاضی اختصاص داده شده است.

ارتباط موضوع در سال های اخیر، روش های مبتنی بر استفاده از تابش لیزر به طور گسترده ای برای تشخیص ساختار داخلی اشیاء مختلف اپتیکی اپتیکال، به ویژه، آنها کاربرد در پزشکی، زیست شناسی، علوم در مورد مواد، فیزیک اتمسفر و اقیانوس و دیگر مناطق را پیدا می کنند علم مدرن

از علاقه خاص، تعامل تابش لیزر با مواد بیولوژیکی چند لایه است. بسته به تراکم قدرت، سه نوع از اثرات تعامل تابش لیزر با بیولوژیک متمایز است: فتوشیمیایی، با مقادیر چگالی نسبتا کوچک؛ حرارتی، با میانگین مقادیر چگالی قدرت و فوتومکانیک (غیر خطی)، با مقادیر تراکم انرژی بسیار بالا و زمان تحویل بسیار کوتاه تابش. با افزایش تراکم انرژی تابشی که طی یک فاصله زمانی کوتاه تحویل داده می شود، حذف مواد منفجره مواد (عکسبرداری) رخ می دهد.

با توجه به ساختار چند لایه و چند متغیره زیستی، تعامل تابش با آن بسیار پیچیده است. به عنوان مثال، لایه سفت پوست نشان دهنده تابش حادثه است، در حالی که پرتو نورپردازی نور به دلیل ناهمگونی های میکروسکوپی در مرز هوا تبدیل می شود - لایه سفت. اکثر پوست منعکس کننده نور توسط پراکندگی معکوس توسط لایه های مختلف پارچه (لایه سفت، اپیدرم، درم، سیستم میکرو عروق) تشکیل شده است. جذب رنگدانه های سبک پوست، اطلاعات کمی در مورد غلظت بیلی روبین، اشباع اکسیژن هموگلوبین و محتوای داروها در بافت و خون را فراهم می کند که اساس روش های تشخیصی تعدادی از بیماری ها است.

برای افزایش کارایی روش های مدرن تشخیص لیزر، و همچنین برای توسعه روش های جدید، نیاز به مطالعه دقیق از ویژگی های فرآیند گسترش نور در رسانه های چند لایه، از جمله ورودی های زیستی است. با این حال، در حال حاضر هیچ نظریه دقیق برای توصیف انتشار نور در رسانه های ساختاری ناهمگن وجود ندارد، و مطالعات تجربی با مشکلات حفظ پایداری پارامترهای پویا ساختاری آنها پیچیده است. در این راستا، نقش افزایش یافته توسط شبیه سازی کامپیوتری از فرایندهای انتشار تابش لیزر به دست می آید. این اجازه می دهد تا شما را به دقت بررسی ویژگی های فرایند انتشار پرتو لیزر در رسانه مدل، و همچنین بررسی وابستگی نتایج حاصل از پارامترهای مختلف سیستم اندازه گیری و شی مورد مطالعه، که بسیار دشوار است آزمایش. این به شما این امکان را می دهد که توصیه هایی را درباره اندازه گیری ترین اندازه گیری تشخیصی ایجاد کنید.

برای تفسیر نتایج حاصل و تشخیص صحیح جسم مورد مطالعه، لازم است بدانیم پارامترهای انتشار نور در آن، که با مقایسه داده های تجربی و نتایج به دست آمده است شبیه سازی رایانهای یا محاسبات نظری اگر آنها در مورد مورد بررسی قرار گیرند. یکی از مشکلات اصلی هنگام محاسبه گسترش تابش در اشیاء بیولوژیکی، انتخاب روش است. با توجه به توسعه سریع تجهیزات کامپیوتری، روش آزمون آماری مونت کارلو اغلب استفاده می شود. در رابطه با انتشار تابش در رسانه های چند لایه، این روش بر مبنای تکرار چندگانه یک آزمایش عددی با محاسبه مسیر تصادفی فوتون در محیط مورد مطالعه، و به دنبال تعمیم نتایج به دست آمده است. هنگامی که جمع آوری تعداد زیادی از داده های آماری به اندازه کافی بزرگ، روش اجازه می دهد تا مقایسه با نتایج تجربی، و همچنین پیش بینی نتایج آزمایشات. دقت این مدل سازی توسط هزینه زمان ماشین، و همچنین مکاتبات مدل به شی شبیه سازی شده تعیین می شود.

یک مشکل مهم در مدل سازی، انتخاب صحیح از مقادیر پارامترهای مدل مورد استفاده برای محاسبه است که نمی تواند به صراحت اندازه گیری شود. لازم به ذکر است که در بعضی موارد، به ویژه برای بسیاری از آنها، اختلاف معنی داری بین مقادیر خواص نوری آنها به دست آمده توسط نویسندگان مختلف وجود دارد.

همه موارد فوق، ارتباط موضوع را تایید می کند و به ما اجازه می دهد تا هدف این کار را انجام دهیم.

هدف از پایان نامه:

بررسی فرآیندهای مبتنی بر تعامل لیزر تابش لیزر شدت های مختلف با محیط های بیولوژیکی چند لایه، ایجاد مدل های این فرآیندها، در یک طرف محلول از نقطه نظر حل مسئله کلی تعامل لیزر تابش با ماده، و از سوی دیگر، منعکس کننده مشخصه مواد بیولوژیکی چند لایه است.

دستیابی به هدف مورد نیاز:

1. توسعه روش های نظری برای مطالعه و تجزیه و تحلیل محیط های بیولوژیکی، که نشان دهنده تجزیه و تحلیل انتقادی از نظریه های موجود و مدل های انتشار نور در محیط های بیولوژیکی و بررسی مکانیزم های تعامل لیزر با بافت های بیولوژیکی هندسه پیچیده است.

2. ایجاد فیزیکی مدل ریاضی انتشار تابش لیزر در رسانه ها با هندسه نامتقارن خودسرانه، که شامل ناهماهنگی داخلی بسته های پیچیده و روش های ارزیابی میزان کفایت آن است.

3. تجزیه و تحلیل امکان استفاده از مدل توسعه یافته برای حل وظایف صرفا عملی و ایجاد تکنیک های تشخیصی جدید بر اساس آن.

تازگی علمی

در آثار، تعمیم آن پایان نامه حاضر، نویسنده برای اولین بار:

1. ایجاد شده مفهوم علمی و روش های مطالعه تعامل تابش لیزر با بافت های زیستی، هندسه نامتقارن خودسرانه، از جمله ناهمگونی های داخلی بسته از فرم پیچیده.
2. یک منطقه طراحی جدید مدل سازی پیشنهاد شده است که در قالب یک شبکه با عناصر تتراهیدرون ارائه شده است که مدل سازی سه بعدی فرآیند انتشار تابش را در ساختارهای چند لایه فراهم می کند که به کار با رسانه های بیولوژیکی هندسه دلخواه کمک می کند.
3. واکنش دما با واکنش دما با غلظت نانوذرات برای تابش اشعه ماوراء بنفش تشخیص داده می شود. تغییر در تراکم انرژی جذب انرژی جذب شده و درجه حرارت بسته به طول موج تابش حادثه، غلظت و جابجایی نانوذرات آزمون بر روی محیط محاسبه می شود.

4. مدل اصلی تخلیه لیزر از بافت های زیستی جامد، با توجه به مواد بیولوژیکی چند لایه، توسعه یافته و به لحاظ نظری اثبات شده است. کاربرد این مدل نشان می دهد که داده های تجربی موجود در مورد تخلیه لیزر بافت های بیولوژیکی چند لایه را توصیف می کند.

قابلیت اطمینان نتایج

دقت نتایج به دست آمده و نتیجه گیری توسط کفایت مدل های فیزیکی مورد استفاده و روش های ریاضی، صحت تقریبی از تقریب های مورد استفاده، بازتولید اطلاعات حل و فصل و داده های تجربی، و همچنین انطباق آنها با نتایج به دست آمده از نویسندگان دیگر.

اهمیت علمی و عملی

یک کار علمی بزرگ در تعامل تابش لیزر با مواد چند لایه از هر هندسی حل شد. این به شما اجازه می دهد تا تمام نتایج ذکر شده را خلاصه کنید و اهمیت علمی و عملی را نه تنها نتایج داده شده در پایان نامه را افزایش دهید، بلکه نتایج مفید بیشتری را به دست آورید.

نتایج به دست آمده می تواند به عنوان روش تشخیص نوری بافت های بیولوژیکی استفاده شود - به عنوان مثال، در توموگرافی منسجم نوری.

روش محاسبه واکنش دما بیوتک ها با استفاده از نانوذرات زمانی که تابش با نور UV و UV-B به عنوان یک روش خدمات دولتی داده های مرجع استاندارد (GSSD)، گواهی شماره 150 تایید شده است.

کاربرد عملی عملی دارای محاسبات پارامترهای لیزر تخلیه بافت های زیست محیطی جامد است. آنها می توانند در جراحی لیزر و دندانپزشکی استفاده شوند.

نتایج به دست آمده در پایان نامه نیز می تواند در فرایند آموزشی - در آماده سازی دانش آموزان، دانشجویان تحصیلات تکمیلی، در سخنرانی ها در سخنرانی های "فیزیک لیزری" استفاده شود.

مقررات اصلی تأمین شده است

1. مفهوم و روش های مطالعه تعامل تابش لیزر با بافت های چند متغیره و رسانه های چندگانه با هندسه پیچیده، اجازه می دهد تا فرایندهای تعامل تابش با مواد چند لایه و کارکنان را برای ایجاد نرم افزار سیستماتیک برای تکنیک های تشخیصی واقعی، دستگاه ها و دستگاه ها توصیف کنیم.

2. مدل توزیع تراکم انرژی جذب شده برای محدوده های مختلف تابش های مختلف در رسانه های چند لایه با طراحی نامتقارن خودسرانه محاسبات محاسباتی با گنجاندن ناهمگونی داخلی داخلی بسته های پیچیده، با استفاده از روش سه بعدی مونت کارلو و محدود پارتیشن بندی

3. مکانیزم های اصلی تعامل تابش لیزر شدت های مختلف با بافت های چند لایه، که اجازه می دهد شرایط برای وقوع فرآیندهای حرارتی و ارزیابی امکان استفاده از مدل توسعه یافته برای مطالعه بارهای حرارتی از ویژگی های بافت چند لایه فرآیندهای تخلیه در آنها.

4. واکنش دما همراه با گنجاندن نانوذرات بر روی تابش اشعه ماوراء بنفش است که باعث می شود که طول موج تابش حادثه را در نظر بگیرد، غلظت و جابجایی نانوذرات تست موجود در محیط را در نظر گرفته است.

5. مدل لیزر تخلیه بافت های زیست محیطی جامد، با توجه به مواد بیولوژیکی چند لایه.

انتشارات و تأیید نتایج

نتایج اصلی تحقیقاتی ارائه شده در پایان نامه ها گزارش شده و در کنفرانس های علمی زیر مورد بحث قرار گرفته است:

کنفرانس اروپای شرقی با مشارکت بین المللی و همه روسیه. "فن آوری های پزشکی جدید در شرق دور" (Khabarovsk، 1996)؛ سمپوزیوم علمی منطقه ای "محیط زیست و بیماری های اندام تنفسی، کاربرد در درمان فن آوری های جدید" (Birobidzhan، 1997)؛ دوم کنفرانس علمی شرق "فناوری های پزشکی جدید در شرق دور" (ولادیوستوک، 1998)؛ III کنفرانس منطقه ای دور شرقی "فن آوری های علمی جدید در منطقه شرقی" (Blagoveshchensk، 1999)؛ III کنفرانس بین المللی علمی و فنی "الکترونیک کوانتومی" (Minsk، 2000)؛ III کنفرانس علمی منطقه ای "فیزیک: مطالعات بنیادی و کاربردی، آموزش و پرورش" (Blagoveshchensk، 2002)؛ مدارس منطقه ای-سمپوزیوم "فیزیک و شیمی بدن جامد" (Blagoveshchensk، 2003)؛ کنفرانس بین المللی "فن آوری های نوری لیزر در زیست شناسی و پزشکی" (Minsk، 2004، چهارمین کنفرانس آسیا و اقیانوس آرام "مشکل اساسی Opto-and Microelectronics (Khabarovsk، 2004)؛ IV کنفرانس بین المللی دانشمندان و متخصصان جوان" اپتیک 2005 "(سنت پترزبورگ، 2005)؛ کنفرانس علمی منطقه ای" فیزیک: مطالعات بنیادی و کاربردی، آموزش و پرورش "(Khabarovsk، 2005)؛ سمپوزیوم بین المللی" اصول و فرآیندهای تولید مواد معدنی (سومین قرائت سامسونوفسکی) "(Khabarovsk، 2006) ؛ VI کنفرانس علمی منطقه ای "فیزیک، مطالعات اساسی و کاربردی، آموزش و پرورش" (Blagoveshchensk، Amsu، 2006)؛ جلسه علمی MEFI-2007 (Moscow، 2007)؛ کنفرانس بین المللی "پیشرفته لیزر پیشرفته" (Alt) (Levi، فنلاند ، 2007)؛ کنفرانس بین المللی "لیزر. اندازه گیری ها. اطلاعات 2008" (سنت پترزبورگ، 2008)؛ کنفرانس علمی و متدولوژیک همه روسیه "Telematics 2008" (سنت پترزبورگ، 2008)؛ بین المللی کنگره نوری "اپتیک -HHI قرن" (سنت پترزبورگ، 2008)؛ XVI کنفرانس بین المللی علمی "فناوری اطلاعات لیزر در پزشکی، زیست شناسی و ژئوهاشناسی" (Novorossiysk، 2008)؛ کنفرانس بین المللی "لیزر. اندازه گیری ها اطلاعات 2009 "(سنت پترزبورگ، 2009)؛ VIII کنفرانس علمی منطقه ای "فیزیک: مطالعات بنیادی و کاربردی، آموزش و پرورش" (Blagoveshchensk، 2009)؛ کنفرانس بین المللی فن آوری های پیشرفته لیزر (Alt 09) (آنتالیا، ترکیه، 2009)؛ XX سمپوزیوم بین المللی در Bioelectrochemistry و Bioelergetics (Sibiu، رومانی، 2009)؛ کنفرانس بین المللی "لیزر. اندازه گیری ها اطلاعات "(سنت پترزبورگ، 2010)؛ کنفرانس بین المللی "برنامه های کاربردی لیزر در علوم زیستی" (Lals 2010) (Oulu، فنلاند، 2010).

تمام نتایج اصلی که در پایان نامه مشخص شده است، توسط نویسنده شخصی یا تحت رهبری علمی خود به دست می آید.

ساختار و دامنه پایان نامه

پایان نامه شامل معرفی، پنج فصل و نتیجه گیری است. شامل 262 صفحه از متن تایپ شده، از جمله 105 نقشه، و لیستی از منابع مورد استفاده، شماره 214 مورد، از جمله 35 اشاره به انتشارات اصلی نویسنده در موضوع پایان نامه.

خلاصه ای از پایان نامه

در مقدمهارتباط موضوع پایان نامه توجیه شده است، اهداف و اهداف کار فرموله شده است، مقررات اصلی ارائه شده برای حفاظت ذکر شده است، نوآوری علمی نتایج به دست آمده، ارزش و قابلیت اطمینان آنها مشاهده می شود. ویژگی های اصلی تعامل تابش لیزر با بافت های چند لایه ارائه شده است.

در فصل اولیک مرور کلی از نظریه های موجود مورد استفاده برای توصیف انتشار تابش لیزر در بافت های چند لایه، به منظور انتخاب بهترین روش ریاضی مطلوب برای تجزیه و تحلیل این فرآیندها.

تاکید بر تجزیه و تحلیل دو روش اصلی برای حل مشکلات انتشار تابش در رسانه های چند لایه صورت گرفت.

اول از آنها بر اساس نظریه موج تعامل تابش با ماده ای است که بر اساس معادلات ماکسول و معادله موج است. این رسانه با ضرایب پراکندگی و ضرایب جذب ذرات مشخص می شود که به صورت متغیرهای تصادفی از مختصات فضایی مشخص می شود. به عنوان یک نتیجه، معادلات انتگرال یا دیفرانسیل مناسب برای چنین مقادیر آماری به عنوان پراکندگی و توابع همبستگی به دست آمده است. چنین رویکردی به لحاظ ریاضی دقیق است، به این معنا که ممکن است در اصل به بررسی اثرات پراکندگی چندگانه و تأثیر پراکندگی و تداخل، امکان پذیر باشد. با این حال، در چنین تولید تصمیم مشترک هنوز رتبهدهی نشده است، راه حل های تحلیلی فقط برای یک طبقه بسیار باریک از وظایف مربوط به نسبت به طور عمده به یک رسانه به شدت به رسانه های Rarefied (تعلیق های بیولوژیکی و راه حل ها، ابرهای مه، در صورت دید مستقیم از جسم) به دست آمده است، که به وضوح پیچیده است امکان تجزیه و تحلیل فرآیندهای رخ داده در فرآیندهای چند لایه پیچیده. محیط ها

یک رویکرد جایگزین براساس تئوری بیشتر در حال حاضر تحلیلی انتقال (TP) تابش است که به وضوح از معادله موج پیروی نمی کند. این تئوری به طور مستقیم با انتقال انرژی در ذرات حاوی ذرات عمل می کند. فرض بر این است که هر ذره پراکندگی از همسایگانش به اندازه کافی برداشته می شود، که امکان تعامل بین اثرات پراکندگی سازگار را از بین می برد، I.E. نبود همبستگی زمانی فرض می شود که زمینه ها علاوه بر این، شدت، و نه زمینه های خود وجود دارد. معادله اصلی TP معادله انتقال تابش است:

کجا - روشنایی انرژی سرعت حرکت فوتون ها، ضریب جذب، ضریب پراکندگی، عملکرد پراکندگی فاز است، عملکرد منبع فوتون یک عنصر بی نهایت کوچک از چوب چتال است.

این معادل معادله بولتزمن مورد استفاده در تئوری جنبشی گازها و تئوری انتقال نوترون است. TP به خوبی پدیده های فیزیکی را توصیف می کند و با موفقیت در انواع مختلفی از وظایف (دید جوی و زیر آب، زیست شناسی دریایی، اپتیک مقالات و امولسیون های عکاسی مورد استفاده قرار می گیرد، در تجزیه و تحلیل گسترش تابش در اتمسفر سیاره ها، ستاره ها و کهکشان ها).

نتیجه گیری می شود که تئوری انتقال مناسب تر برای توصیف فرایندهای مرتبط با انتشار تابش نوری در بافت های چند لایه هندسه پیچیده است. امکان حل مشکلات توموگرافی دیفرانسیل نوری و طیف سنجی از اشیاء زیستی، برای انجام یک دوزیمتری قابل اعتماد لایه ای از تابش لیزر در داخل ورودی بیولوژیکی وجود دارد. با این حال، این نیاز به توسعه و توسعه روش های جدید برای حل مشکلات انتقال مستقیم و معکوس برای محیط های پیکربندی دلخواه و هر شرایط مرزی دارد. نشان داده شده است که برای حل چنین وظایفی، روش مونت کارلو، به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد راه حل عددی معادلات انتقال تابش

که در دومین فصل، که ماهیت تحلیلی بررسی است، مکانیسم های اصلی تعامل تابش لیزر با بافت های بیولوژیکی را در نظر گرفت. توجه ویژه به توجه به اثرات حرارتی و تخلیه بافت های بیولوژیکی پرداخت می شود.

اصطلاح "تعامل حرارتی" یک گروه بزرگ از انواع تعامل را توصیف می کند، جایی که یک پارامتر مهم افزایش دما است. اثر حرارتی تابش لیزر تنها زمانی اتفاق می افتد که تراکم قدرت\u003e 10 w / cm2 برای تابش مداوم یا تابش پالس با طول پالس بیش از 1 μs باشد. بنابراین، فرایندهای ناشی از واکنش فتوشیمیایی تابش با ماده ای که در تراکم های بسیار کم (معمولا 1 w / cm2) اتفاق می افتد و زمان قرار گرفتن در معرض طولانی مدت به طور دقیق مورد تجزیه و تحلیل قرار نمی گیرند.

بسته به مدت زمان اثر و حداکثر مقدار به دست آمده از دمای بافت، اثرات حرارتی مختلف می تواند تشخیص داده شود - مانند هیپرترمی، انعقاد، تبخیر، کربنیزاسیون (شارژ) و ذوب.

دما پایه است ارزش فیزیکیمشخص کردن تمام تعاملات حرارتی نور با یک پارچه. برای پیش بینی پاسخ گرما، مدل توزیع دما در داخل بافت باید ایجاد شود. اغلب در بافت های بیولوژیکی یکی نیست، اما چندین اثر حرارتی (بسته به پارامترهای لیزر). تخصیص آسیب بافت برگشت پذیر و غیر قابل برگشت. از آنجایی که دمای بحرانی نكروز سلولی با زمان تابش تعیین می شود، مقدار دما دقیق وجود ندارد که در آن اثر برگشت پذیر را می توان از غیر قابل برگشت تشخیص داد. بنابراین، میزان آسیب به بیضه ها توسط انرژی، حجم و مدت زمان تابش تعیین می شود. فرایندهای حرارتی ممکن در شکل نشان داده شده است. 1. محلی سازی و طول فضایی هر اثر حرارتی بستگی به دمای Biotube در طول و پس از قرار گرفتن در معرض لیزر دارد.

شکل. 1. محلی سازی اثرات حرارتی در داخل بافت بیولوژیکی.

یکی از این فرایندها، عکسبرداری است که شامل این واقعیت است که مواد تحت عمل تابش لیزر بسیار شدید (تراکم قدرت - 107-108 w / cm2، برای پالس های لیزر نانو ثانیه) تجزیه می شود. عمق تخلیه، I.E. عمق حذف مواد برای یک پالس، توسط انرژی پالس تا حد خاصی از اشباع تعیین می شود. هندسه نمونه در طول تخلیه توسط ویژگی های فضایی پرتو لیزر تعیین می شود.

برای ایجاد یک مدل که وابستگی عمق تخلیه را از شدت تابش حادثه توصیف می کند، اکثر گروه ها بر مبنای اطمینان از قابلیت اطمینان قانون Bugger-Lambert برای جذب نور بود.

PhotoAbulation رخ خواهد داد اگر:

جایی که شدت تابش آستانه IPH منجر به عکسبرداری می شود. این شرایط نشان می دهد: برای ایجاد یک عکسبرداری، مقدار مشخصی از انرژی باید در یک واحد حجم در هر واحد زمان جذب شود. شدت آستانه IPH توسط حداقل تعداد اتصالات تعیین می شود که باید برای شکستن تقسیم شود.

عمق تخلیه D، I.E. عمق عمق که I (Z) \u003d IPH:

این مدل ساده فرایند فتوگرافی را به خوبی توصیف می کند، به استثنای آستانه های IPH در ابتدای فتوگلاسیون و IPL در ابتدای تشکیل پلاسما.

تجزیه و تحلیل مکانیزم های موجود برای تعامل تابش لیزر با زیست شناسی چند لایه باعث می شود که این نتیجه گیری شود که برای مطالعه و ارزیابی اثرات حرارتی لازم است برای حل معادله غیر ثابت انتقال حرارت، با توجه به شرایط یک وظیفه خاص به عنوان چنین مشکلات، در این مقاله، در نظر گرفته شده است: واکنش دمای بیوتسین ها، با توجه به موارد مختلف و محاسبه پارامترهای لیزر تخلیه لیزر از بافت های زیست محیطی چند لایه جامد، که در فصل های چهارم و پنجم حل می شود.

سر سوم این امر برای حل مسئله ساخت یک مدل ریاضی برای انتشار تابش نوری در محیط های بیولوژیک غیرقانونی هندسه پیچیده اختصاص داده شده است، با توجه به ساختار چند لایه ای از نژاد واقعی، در نظر گرفته شده برای محاسبه و تجزیه و تحلیل توزیع تراکم انرژی نور جذب شده است در لایه های مختلف آن.

به عنوان بخشی از این مشکل، توجه ویژه به توسعه روش های نوری از راه دور برای تشخیص محیط های بیولوژیکی چند لایه پرداخت می شود. با این حال، اغلب روش های شناخته شده، تغییرات در پارامترهای نوری و هندسی اشیاء مورد مطالعه را در نظر نمی گیرند، عمدتا ناهمگونی های محلی. از نقطه نظر مدل سازی تجسم چنین اشیائی، مناسب ترین استفاده از روش آماری مونت کارلو بر اساس انتشار تابش در قالب جریان بسته های موج مدل است که هر کدام توسط آن تشکیل شده است ترکیبی از فوتون های خاص "تنوع" با یک انرژی داده شده و جهت توزیع. این به این معنی است که بسته مدل چنین خواص را به عنوان فاز و قطبش نشان نمی دهد و یک کوپلاستی است که قادر به تشکیل ذرات انرژی مشابه در هنگام تعامل است.

توزیع شدت درون Biotube عملکرد ضریب جذب A، ضریب پراکندگی S، پارامتر آنیزوتروپیک G، و همچنین اندازه پرتو لیزر است. این منجر به مشکلات قابل توجهی در دوزیمتری تابش کمی با لیزر درمانی می شود. مطالعات توزیع نور در داخل بیوتوب با یک ساختار چند لایه پیچیده به منظور ساده سازی تجزیه و تحلیل می تواند در چارچوب یک نظریه یک بعدی انجام شود که زمانی که ابعاد پرتو لیزر بسیار بیشتر از عمق است، معتبر است نفوذ نور به پارچه، که برای بسیاری از انواع فتوتراپی اجرا می شود. نمونه های معمول بیت های چند لایه پوست، دیوارهای مثانه، رحم، رگ های خونی است.

استفاده از روش مونت کارلو بر اساس استفاده از خواص نوری ماکروسکوپی محیط است که فرض می شود در حجم های کوچک بافت همگن باشد. مدل سازی جزئیات توزیع انرژی تابش داخل یک سلول جداگانه را در نظر نمی گیرد. الگوریتم های شناخته شده به شما این امکان را می دهند که چندین لایه بافت بیولوژیکی را با خواص نوری مختلف، اندازه نهایی پرتو حادثه، انعکاس نور از مرزهای بخش لایه قرار دهید.

با دقت بالا و قابلیت انعطاف پذیری، معایب اصلی روش مونت کارلو هزینه های زمان بالا ماشین است. اگر چه توسعه ابزار سخت افزاری و نرم افزاری از تکنولوژی محاسبات، نقش عامل زمان را کاهش می دهد، توسعه ابزار جدید تشخیص لیزر و درمان نیاز به ایجاد الگوریتم های موثر، نسبتا ساده و قابل اعتماد روش مونت کارلو دارد. به عنوان مثال، یک روش جدید Monte Carlo Monte Carlo اجازه می دهد تا شما را به یک راه حل برای هر مدل آلبدو بر اساس مدل سازی برای یک مقدار خاص آلبدو، که به طور قابل توجهی محاسبات را افزایش می دهد، به دست آورید. مدل های ترکیبی بسیار مقرون به صرفه، ترکیبی از دقت روش مونت کارلو و سرعت تئوری های انتشار و یا عبارات تحلیلی تقریب نیز توسعه یافته است.

مدل سازی تئوری اجازه می دهد تا شما را به بررسی مجموعه ای از شرایط اولیه مختلف و آزادانه تفسیر نتایج تجربی در زمان واقعی. این کار به طور قابل توجهی این کار را تسهیل می کند و هزینه های زمان را در هنگام برنامه ریزی، آزمایشات آماده سازی و تجزیه و تحلیل نتایج به دست می دهد. با این حال، بسیاری از مطالعات مدرن در این زمینه بر اساس یک نمایشگر یک بعدی یا دو بعدی از یک محیط پراکنده چندگانه است که بدیهی است که محدودیت های نسبتا قابل توجهی را بر کاربرد نتایج به دست آمده اعمال می کند. در این مقاله، یک مدل ریاضی ساخته شده است، منعکس کننده روند انتشار سه بعدی تابش نوری در بافت های زنده است. فرض بر این است که حجم محیط مدل مجموعه ای از عناصر حجمی (نمایه شده) از فضای سه بعدی است. انتخاب یک رویداد ممکن است برای یک بسته مدل محاسبه شود، زمانی که آن را با حجم ابتدایی یا با سطح آن متصل می شود، محاسبه می شود، اگر دومی مرز بخش بین لایه ها با ویژگی های مختلف نوری باشد.

این مدل بر اساس معادله انتقال تابش است.

یک محیط زیست بیولوژیکی چند لایه با عدم انطباق ناقص یک فرم دلخواه، در نظر گرفته می شود که جریان فوتون هدایت می شود.

محیط شبیه سازی شده توسط پارامترهای زیر تنظیم شده است: ضریب ضخیم، پراکندگی و جذب، کنسوس میانی زاویه پراکندگی، شاخص انکساری نسبی. به نظر می رسد این محیط ترکیبی از پراکندگی تصادفی و جذب فوتون های مراکز است (شکل 2).

پرتو نور حادثه (منبع تابش) شامل یک میلیون بسته فوتون است که وارد محیط اطراف محور Z عمود بر سطح آن (X، Y) در نقطه با مختصات (0، 0، 0) است. تعداد فوتون ها در بسته انرژی پرتو حادثه را تعیین می کند. تمام محاسبات در یک سیستم مختصات سه بعدی دکارتی ساخته شده است.

اعتقاد بر این است که ذرات رسانه ای که پراکندگی و جذب رخ می دهد، به لحاظ کروی متقارن است. این تقریب معمولا در چنین مواردی مورد استفاده قرار می گیرد و بر اساس این واقعیت است که در فرایند عبور از یک رسانه با پراکندگی قوی، فوتون با ذرات در زاویه های مختلف ارتباط برقرار می کند. بنابراین، ممکن است نشانگر پراکندگی متوسط \u200b\u200bرا اعمال کنید. استفاده از این مدل و مقایسه محاسبات عددی با نتایج تجربی نشان داد که این تقریب به طور رضایت بخش، خواص بیشترین بافت های زیستی را توصیف می کند.

برای رفغ در مرز بخش از دو زیر دامنه، قانون Fresnel استفاده می کند. در شکل 2 نمونه ای از یک مسیر حرکت فوتون را در محیط نشان می دهد. عملکرد تراکم احتمالی مسافت پیموده شده آزاد فوتون قبل از تعامل - - آن را از قانون bugra-lambert-bera به شرح زیر تعیین می شود:

جایی که A ضریب جذب است، S ضریب پراکندگی است، و T یک ضریب کامل ضعیف است که برابر با t \u003d a + s است. هنگامی که فوتون یک زاویه را تخریب می کند، فرض می شود که جهت توزیع یک بار به زاویه Azimuthal را از بین می برد، مقدار آن در فاصله زمانی قرار دارد. پراکندگی نامتقارن در نظر گرفته نشده است.

برای جذب برای جذب، یک روش استفاده می شود، به نام ضبط کننده ضمنی فوتون. هنگامی که مدل سازی، حرکت غیر هر فوتون به طور جداگانه در نظر گرفته می شود، اما بسته فوتون. بسته Photon (در آینده برای سادگی، بسته)، حرکت مجموعه فوتون ها را با توجه به مسیر مشابه شبیه سازی می کند، در نتیجه، هنگام تعامل با رسانه، تنها بخشی از فوتون ها از بسته جذب می شود و باقی مانده است بخش ادامه حرکت خود را ادامه می دهد.

شکل. 2 نمونه ای از یک مسیر حرکت فوتون در محیط است.

از آنجاییکه، هنگام توصیف انتشار تابش لیزر در زیست شناسی، لازم است که هندسه واقعی رسانه را در نظر بگیریم که می تواند بسیار پیچیده باشد، چند لایه ی جنایی، اندازه و توزیع زاویه ای تابش حادثه ، روش مونت کارلو برای اجرای مدل مورد استفاده قرار گرفت، که امروزه تنها روش است که به شما اجازه می دهد تمام ویژگی های فوق را در مورد این سوال در نظر بگیرید

پارامترهای نوری محیط زیست بیولوژیکی هستند توابع پیچیده از مختصات فضایی با این حال، این رسانه را می توان به زیر دامنه های به اندازه کافی کوچک تقسیم کرد، که در آن خواص نوری رسانه می تواند به طور تقریبی، توابع نسبتا ساده، به عنوان مثال، ثابت، خطی و خطی توابع درجه دوم. برای مدل سازی روش مونت کارلو در فضای سه بعدی یک عامل بسیار مهم این است که چگونه چنین پارتیشن انجام می شود.

نشان داده شده است که یک روش عددی محدود برای توصیف محیط های پیچیده ارائه شده است. هندسه متوسط \u200b\u200bبه عنوان یک مش، با کمک تقریبی از منطقه تخمین زده شده با تقسیم به سلول های ابتدایی، شکل عناصر آن یکی از عوامل اصلی تعیین دقت و میزان همگرایی محلول عددی است از مشکل آسان تر شکل عناصر پارتیشن، منابع محاسباتی کمتر برای محاسبات مورد نیاز است.

نشان داده شده است که شبکه ها با کیفیت بالا در نظر گرفته می شوند، جایی که هر عنصر درست یا نزدیک به تتراهاد درست است. استفاده از چنین تقریبی از رسانه های شبیه سازی شده به طور قابل توجهی ساده راه حل کار انتقال بین عناصر (خروج از خارج از عنصر) و پیدا کردن یک فوتون داخل عنصر شبکه را ساده می کند. شبکه ضعیف در نظر گرفته می شود، اگر حاوی عناصر دژنراسیون یا نزدیک به دژنراسیون باشد.

به این نتیجه رسیده است که با چنین پارتیشن، هندسه اولیه منطقه محاسبه شده ممکن است خودسرانه باشد، و رسانه های شبیه سازی شامل ناهمگونی های داخلی هستند. آزمون مدل بر روی یک محیط خاص (پوست) متشکل از چند لایه (لایه سفت، اپیدرم و درم) با عدم انطباق بسته به شکل یک شکل پیچیده محدود شده توسط دو سطوح بیضوی تشکیل شده است. علاوه بر این، یک مدل مدل سازی لایه (شکل 3). مرکز پرتو نسبت به شروع مختصات در امتداد محور OX توسط 0.001 سانتی متر تغییر می کند و عمود بر روی آن به سمت بالا هدایت می شود، شعاع آن 0.001 سانتی متر است.

طرح ساده الگوریتم مدل سازی توسعه یافته توسط مونت کارلو در شکل 4 ارائه شده است. فوتون با یک وزن واحد اولیه می شود. اندازه گام فوتون برای اولین مدار از تعامل یافت می شود و فوتون منتقل می شود. اگر فوتون پارچه را ترک کند، احتمال بازتاب داخلی بررسی می شود. اگر فوتون در داخل منعکس شود، موقعیت آن به ترتیب تغییر کرده است، و برنامه همچنان ادامه دارد، در غیر این صورت فوتون برداشته می شود و مورد بازتاب (یا انتقال) ضبط می شود. با هر مرحله، وزن فوتون کاهش می یابد. وزن از دست رفته به عنصر محلی مرتبط با آرایه اضافه شده است، بسته به موقعیت فوتون، که نشان دهنده انرژی فوتون جذب شده توسط پارچه است. وزن فوتون باقی مانده از لحاظ آماری محاسبه می شود، یک جهت جدید انتخاب شده است و یک مرحله جدید محاسبه می شود.

شکل. 3. هندسه محیط سکونت.

شکل. 4. الگوریتم مدل سازی مونت کارلو.

واگرایی زاویه ای پرتو در نظر گرفته شد. با توجه به پارامترهای نوری هر لایه ای که از ادبیات شناخته شده است، به ویژه ضرایب جذب، پراکندگی و پارامتر آنیزوتروپیک (متوسط \u200b\u200bکوزین زاویه پراکندگی)، توزیع تراکم انرژی جذب شده در داخل محاسبات محاسبه شد. در عین حال، جهش شاخص انکساری در مرز هوایی اپیدرم (n \u003d 1.5) است. از آنجا که شاخص انکسار Bielta باقیمانده 1.4 است و پارامتر آنیزوتروپیک بیشتر از 0.9 است، I.E. در هر مرحله از مدل سازی فوتون ها، فوتون ها تحت زاویه های کم پراکنده می شوند، سپس بازتاب های فرنل در مرزهای Biotankan - Bietan مورد توجه قرار نگرفتند.

محاسبه توزیع تراکم انرژی جذب شده به ما اجازه می دهد تا یک نقشه تشخیصی از انتشار تابش لیزر طیف طیفی مختلف در رسانه های چند لایه را با گنجاندن ناهمگونی های بسته با توجه به پارامترهای نوری شناخته شده بسازیم. به عنوان مثال، طول موج 400 و 800 نانومتر انتخاب شدند.

به صورت گرافیکی نشان دهنده انتشار تابش در محیط، هواپیما بخش XOZ انتخاب شد. در شکل 5 توزیع تراکم انرژی جذب شده در این هواپیماها را برای طول موج 400 نانومتر نشان می دهد.

شکل. 5. توزیع تراکم انرژی جذب شده در هواپیما مقطع XZ برای طول موج 400 نانومتر.

از آنجایی که برای تابش مادون قرمز (طول موج 800 نانومتر) ضریب جذب پوست به طور قابل توجهی کمتر از ضریب پراکندگی است و متوسط \u200b\u200bبه شدت اشباع شده است، عمق نفوذ اشعه در مقایسه با اولین وظیفه باید بیشتر باشد. بنابراین، یک لایه از ضخامت 0.5 میلی متر به منطقه تخمین زده شده اضافه شد. در شکل 6 توزیع تراکم انرژی جذب شده در هواپیما XZ را برای طول موج 800 نانومتر نشان می دهد.

در هر دو وظیفه، تابش لیزر دارای همان قدرت و انرژی است. برای تابش با طول موج 400 نانومتر، بیشتر انرژی در حجم کوچک جذب می شود. بنابراین، تراکم انرژی جذب شده بسیار بزرگتر از در مورد طول موج 800 نانومتر است.

شکل 6. توزیع تراکم انرژی جذب شده در هواپیما مقطع XZ برای طول موج 800 نانومتر.

تفاوت اساسی بین مدل از مدل های شناخته شده موجود (Arridge S.R.، Tuchin V.V.، Prahl S.) در استقلال الگوریتم از هندسه رسانه. با استفاده از یک سری از ابزارها، می توانید مناطق محاسبه شده را تشکیل دهید که شامل انواع مولفه های مختلف اشکال و اندازه های مختلف است. این به طور قابل توجهی این مدل را از شناخته شده، با استفاده از مناطق محاسبه شده با هواپیما موازی و جامد همگن متمایز می کند. در محاسبات، هر پارامتر از محیط های متوسط \u200b\u200bو مختلف، مانند نانوذرات، می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

بنابراین، مدل پیشنهادی، توزیع تراکم انرژی جذب کننده اشعه لیزر را در مواد چند لایه می دهد و می تواند در حل مشکلات تجزیه و تحلیل زمینه های حرارتی ناشی از تابش استفاده شود.

که در چهارمین فصل در مورد نمونه ای از یک محیط چند لایه (چرم) با گنجاندن ناهمگونی های تصادفی، پویایی میدان های درجه حرارت سطح تحت عمل تابش UV در قالب نانوذرات مورد بررسی قرار می گیرد. شناخته شده است که لایه های پوستی دارای ویژگی های مختلف نوری هستند: ضرایب پراکندگی و جذب، شاخص های انکساری () و عوامل پراکندگی تابش، که در هنگام مدل سازی فرآیندهای تعامل این محیط با تابش نوری مورد توجه قرار گرفتند.

با استفاده از مدل توسعه یافته شرح داده شده در فصل دوم، تراکم انرژی نور جذب شده بر روی ناحیه چرم حاوی نانوذرات TiO2 ایجاد شد. برای محاسبات، نتایج آزمایش ها در ادبیات، بر موضع گیری ذرات پوست استفاده شد. با توجه به نتایج این آزمایشات، اکثر نانوذرات کروی در عمق 0-3 میکرومتر از سطح پوست قرار دارند. برای بررسی، طول موج 310 و 400 نانومتر انتخاب می شود. طول موج 400 نانومتر بر روی مرز بین UV قرار دارد و قسمت قابل مشاهده طیف، ذرات TiO2 غیرقابل انعطاف هستند (فقط از بین بردن) برای چنین تابش. خط 310 نانومتر یک خط مرکزی در بخش UV در بخشی از طیف است. این مسئولیت اوج ارثی از حساسیت پوستی است که بیشتر یا کمتر با آسیب DNA به سلول ها ارتباط دارد؛ مکانیزم غالب برای تعامل تابش با ذرات TiO2 جذب است.

در این مقاله، نمونه به عنوان یک ابررسانای یک لایه شاخ (ماتریس) و ذرات TiO2 در آن در نظر گرفته می شود. این ممکن است به این دلیل که سلول های لایه ضخامت حدود 0.5 میکرومتر و قطر 30 - 40 میکرون دارند و بنابراین

به طور قابل توجهی بیش از اندازه ذرات TiO2 (قطر 25 تا 200 نانومتر). این ذرات به حوزه های اندازه نانومتری فرض می شود. پراکندگی تابش بر روی چنین ذرات با عملکرد فاز توصیف می شود. برای مدل سازی، یک قطعه چرمی با یک منطقه از 1 سانتی متر انتخاب شد. قدرت تابش حادثه 100 مگاوات بود. ضخامت ناحیه شبیه سازی شده پوست حدود 600 میکرومتر است که به اندازه کافی به شما اجازه می دهد تصویری از تعامل اشعه ماوراء بنفش را با لایه های نزدیک سطح پوست ارائه دهید.

هنگامی که مدل سازی، یک پرتو کلاسیک فوتون استفاده می شود، که مربوط به تابش خورشید است، سطح نمونه فرض می شود که بی نهایت باشد؛ انتگرال (در سراسر منطقه لایه شاخ) ویژگی های تابش ثبت شده است.

در مرحله اول، گسترش فوتون ها در محیط، جذب و پراکندگی آنها مدل سازی شده است. مدل سازی به شروع بسته های فوتون مشخص شده توسط عملکرد منابع گرما (Q) مشخص می شود و رویدادهای جذب و پراکندگی فوتون های فردی را ثبت می کند. در نتیجه، اطلاعات مربوط به پارامترهای روشنایی رسانه های متوسط \u200b\u200bو جذب شده به دست می آید.

توزیع مورد نظر از زمینه های حرارتی بر روی سطح و در عمق ساختار شبیه سازی شده به عنوان راه حل معادله دیفرانسیل انتقال حرارت غیر ثابت تعریف می شود:

جایی که ضریب هدایت حرارتی، دمای T، تابع Q از منبع حرارتی، تراکم، ظرفیت حرارتی خاص، t-time، r، z مختصات استوانه ای است.

لازم به ذکر است که در این مشکل، منبع گرما بر روی سطح قرار نمی گیرد، به طور معمول در وظایف انتقال گرما و جرم، و در طول کل حجم رسانه ها توزیع می شود. برای حل معادله (5)، یک روش عنصر محدود با استفاده از عناصر نهایی مثلثی از مرتبه اول استفاده شد. با این حال، تعداد زیادی از عناصر محدود مثلثی از مرتبه اول، هرچند منجر به کاهش معنی داری در دقت و میزان محاسبات می شود، با این حال، مزایای زیر را دارد: تعداد زیادی از گره ها اجازه می دهد تا دقیق ترین توزیع انرژی جذب شده را بدست آورند تراکم در محیط محاسبه شده در کار قبلی؛ به طور کامل و به راحتی، شما می توانید شبکه مشخص شده تحت الزامات کار را ضخیم و تغییر دهید، همچنین در صورت لزوم، این عناصر به عناصر یک نظم بالاتر تبدیل می شوند. برای حل وظیفه زمان، یک طرح ضمنی Crank-Nicholson با مرز زیر استفاده شد و شرایط اولیه. بر روی سطح که در آن تبادل گرما با محیط زیست، شرایط مرزی از جنس سوم داده می شود:

جایی که K و - پارامترهای انتقال حرارت؛ متن - دمای محیط. این وضعیت به جریان جریان گرما بر روی سطح لایه شاخ (جریان گرما سطحی) توجه می کند.

در مرز پایین، در عمق Z1، شرایط مرزی فرم تنظیم شده است:

به عنوان مطالعات نشان می دهد، برای یک فرد سالم، از عمق حدود 450 میکرومتر، درجه حرارت تثبیت شده است. علاوه بر این، مدل سازی به علت جریان خون در کشتی های کوچک مویرگی، جریان گرما را در نظر می گیرد. در محدودیت های جانبی منطقه، تخلیه صفر است:

برای از بین بردن جهش های درجه حرارت بر روی مرزهای بین لایه، شرایط زیر استفاده می شود:

شکل 7 توزیع های به دست آمده از تراکم انرژی جذب شده در لایه شرکت را نشان می دهد، با توجه به عدم همبستگی های موجود در قالب نانوذرات TiO2، غلظت های مختلف. دیده می شود که در غیاب ذرات اشعه ماوراء بنفش در طول موج 310 نانومتر به طور کامل جذب شده در لایه اول (ترسناک).

شکل. 7. توزیع تراکم انرژی جذب شده در لایه شاخ بدون ذرات و استفاده از نانوذرات TiO2 با اندازه 62 نانومتر، \u003d 310 نانومتر. ضخامت لایه نزدیک سطح حاوی نانوذرات 1 میکرومتر است. ضخامت لایه شاخ 20 میکرون است.

درج نانوذرات دی اکسید تیتانیوم TiO2 در لایه سفت. به عنوان مقادیر بالا ضریب پراکندگی ذرات جاسازی شده، منجر به کاهش شدید تراکم انرژی جذب شده در لایه شاخ می شود.

ضرایب جذب و پراکندگی لایه شاخ و مواد نانوذرات در طول موج 400 نانومتر به طور قابل توجهی کمتر از طول موج 310 نانومتر است. با توجه به این، تراکم انرژی جذب شده در لایه شاخ هر دو با ذرات و بدون ذرات نیز به طور قابل توجهی پایین تر است (شکل 8).

شکل. 8. توزیع تراکم انرژی جذب شده در لایه شاخ و اپیدرم بر روی بخش پوست بدون ذرات و استفاده از نانوذرات TiO2 با اندازه 122 نانومتر، 400 نانومتر. ضخامت لایه نزدیک سطح حاوی نانوذرات 1 میکرومتر است. ضخامت لایه شاخ 20 میکرون است.

در شکل 9 دینامیک تغییرات دما را بر روی سطح پوست بدون ذرات نشان می دهد و با استفاده از 1٪ و 5٪ دی اکسید تیتانیوم در لایه شاخ. که در این مورد شرایط مرزی در نظر گرفته شده است، به دلیل جریان خون در مویرگ ها (جریان حرارت داخلی) و حمایت از مقدار دما - 37 درجه سانتیگراد در داخل پوست در عمق 500 میکرون، در نظر گرفته شده است.

دیده می شود که در حال حاضر از 10th دوم از اثرات تابش بر روی پوست، درجه حرارت تثبیت شده است، به عنوان استفاده از نانوذرات دی اکسید تیتانیوم TiO2 در لایه شاخ، و بدون آنها (شکل 9).

شکل. 9. پویایی دما بر روی سطح پوست در غیاب ذرات و استفاده از نانوذرات TiO2 با اندازه 62 نانومتر در لایه شاخ \u003d 310 نانومتر. ضخامت لایه نزدیک سطح حاوی نانوذرات 1 میکرومتر است. جریان انرژی در داخل پوست وجود دارد.

نتایج شبیه سازی نشان داد که مقادیر بالای تراکم انرژی جذب شده در لایه های بالایی پوست منجر به گرمایش قابل توجهی می شود. بنابراین، هنگام استفاده از 5٪ ناخالصی نانوذرات دی اکسید تیتانیوم TiO2 در یک لایه شاخ، مقدار تراکم انرژی جذب شده در سطح پوست به 1000 J / cm3 در \u003d 310 نانومتر می رسد. با این حال، ضخامت این لایه "داغ" تنها 1 میکرومتر است؛ اگر چه بیشتر گرما در این لایه برجسته شده است، به سرعت به بخش های دیگر رسانه منتقل می شود و دمای حاصل آن کاهش می یابد. دمای سطح پوست، لایه سفتی که حاوی نانوذرات نیست، به علت گرما ناشی از عمق بافت تشکیل می شود، جایی که اکثر انرژی نفوذ می کند و مقدار انرژی جذب شده بالاتر است. اثر مشابهی، اما به طور معنی داری در طول موج تابش 400 نانومتر، نزدیک به محدوده نوری (شکل 10) دیده می شود.

شکل. 10. پویایی دما بر روی سطح پوست در غیاب ذرات و استفاده از نانوذرات TiO2 با اندازه 122 نانومتر در لایه قرنیه \u003d 400 نانومتر. ضخامت لایه نزدیک سطح حاوی نانوذرات 1 میکرومتر است. جریان انرژی در داخل پوست وجود دارد.

مدل توسعه یافته امکان تجزیه و تحلیل اثر تخلیه حرارتی سطح بر روی میدان دما لایه سطح پوست را انجام داد.

نشان داده شده است که بدون چرخاندن رواناب روی سطح پوست، درجه حرارت عمدتا به دلیل انرژی جذب شده در لایه سطحی تشکیل می شود. هنگامی که یک رواناب سطح به اندازه کافی قدرتمند روشن می شود، درجه حرارت بر روی سطح بافت، گرما را از لایه های زیرزمینی تولید می کند؛ در عین حال، حداکثر دما کاهش می یابد.

خطای نتایج به دست آمده به عنوان یک تفاوت وزن در حداکثر مقادیر تراکم انرژی جذب شده و دمای در کل منطقه محاسبه شد و کمتر از یک درصد بود.

تجزیه و تحلیل نتایج به دست آمده از مدل سازی واکنش حرارتی پوست بر روی قرار گرفتن در معرض UV، اثربخشی استفاده از نانوذرات در توسعه داروهای فوتوستاتیک سطح پوست را نشان داد.

مدل توسعه یافته محاسبات نیز برای مطالعه اثرات دما از لیزر لیزر IR (\u003d 1064 نانومتر) بر روی سلول های قرمز خون قرمز مورد استفاده قرار گرفت. برای سهولت مطالعه، سلول در آب وزن دارد و یک حوزه همگن با قطر 7 میکرومتر است که کاملا متشکل از هموگلوبین است. غشای سلولی به دلیل ضخامت بسیار کوچک آن، حدود 10 نانومتر، در مدل سازی مورد توجه قرار نگرفت. یک بسته نرم افزاری متمرکز لیزر با قطر 1 میکرومتر بر روی سلول با قدرت 100 مگاوات عمل می کند. نتایج به دست آمده با داده های تجربی شناخته شده به خوبی سازگار است.

پنجم فصل به استفاده از مدل توسعه یافته برای حل یک مشکل خاص اختصاص داده شده است، یعنی محاسبه زمینه های حرارتی در بافت های جامد، به ویژه دنتین و تعیین شدت تابش لیزر برای به دست آوردن دمای حیاتی مورد نیاز برای فرآیند تخلیه در این محیط ها اختصاص داده شده است.

برای اجرای یک مدل ریاضی چند بعدی، یک روش عنصر محدود انتخاب شد.

بافت اصلی دندان دنتین به عنوان ماده مورد مطالعه انتخاب شده است. دنتین در ترکیب و قدرت آن نزدیک به بافت استخوانی است. شامل 72٪ غیر معدنی، 28٪ مواد آلی و آب.

با توجه به این واقعیت که دقیق است مشخصه های فیزیکی لایه های ارائه شده هنوز مشخص نشده اند، سپس یک مدل دو لایه برای سادگی در نظر گرفته می شود. هر لایه توسط ویژگی های فیزیکی و فیزیکی به طور مستقل به طور مستقل مشخص شده تعریف شده است. برای اعمال حداقل آسیب، لازم است از تابش لیزر با کوچکترین عمق نفوذ استفاده شود. این آزمایش نشان می دهد که این مشکل هنگام استفاده از لیزر با تابش محدوده مادون قرمز حل می شود.

ما از مفروضات زیر ادامه خواهیم داد:

- ویژگی های ترموفیزیکی برای بخش های مختلف دندان (مینا، دنتین، پالپ) ثابت هستند و به دما وابسته نیستند؛

- هنگام توصیف خواص نوری، ما هر بخشی از دندان را با مقادیر ثابت نوری آن (ضریب جذب)، مستقل از شدت تابش لیزر مشخص می کنیم.

محاسبه میدان نور در طی پراکندگی تابش لیزر بر روی ناهمگونی های پارچه دندانپزشکی (میکروتلین ها، فرایند Odontoblasts، و غیره) تشکیل شده و حسابداری برای مدل سازی فرآیند تخریب یک کار پیچیده چند پارامتر است. تا به امروز، چنین محاسبه بسیار دشوار است به دلیل کمبود اطلاعات قابل اطمینان در مورد ثابت های نوری از بافت های جامد، و هنگام مدل سازی روند تخریب گرما، آن را در نظر نمی گیرد

بنابراین فرض بر این است که نور در ورودی بیولوژیکی توسط قانون اشکال تضعیف شده است، در حالی که سهم به فرآیندهای آزاد سازی نور پراکندگی، جذب، اثرات موجبر، و غیره دقیق نیست.

با استفاده از الگوریتم های توصیف شده در فصل های 2 و 4، توزیع دما به دست آمد. سپس مقدار ماده از راه دور تعیین شد. با توجه به قانون Arrhenius:

جایی که W فاکتور فرکانس است؛

EA - انرژی فعال سازی؛

R ثابت گاز جهانی است.

ارزش از 0 تا 1 متفاوت است معنی فیزیکی - اندازه گیری تخریب ماده در نقطه (X، Y، Z) در طول زمان (T-T0). این آزمایش نشان می دهد که ماده را می توان از راه دور در نظر گرفت.

در شکل 11 توزیع دما را بر روی سطح محیط نشان می دهد، در شکل. 12 - توزیع دما در بخش مرکزی منطقه. شدت تابش لیزر 5 کیلو وات · cm-2 است.

شکل. 11. توزیع دما بر روی سطح محیط در زمان t \u003d 70 میلی ثانیه.

نتایج به دست آمده به خوبی با داده های تجربی شناخته شده ارتباط دارد. می توان دید که افزایش دما بر روی سطح موضعی نیست: افزایش درجه حرارت به اندازه کافی قوی در داخل محیط مشاهده می شود. مطالعات نشان داده اند که فرایند تخلیه لیزر در آستانه دما 320 درجه سانتیگراد آغاز می شود و بنابراین درجه حرارت ثابت بر روی سطح نگهداری می شود. در شکل 13 تکامل دما را در نقطه روی سطح نشان می دهد.

شکل. 12. توزیع دما در بخش مرکزی
مناطق در زمان t \u003d 70 میلی ثانیه.

شکل. 13. تکامل دمای موقت روی سطح
تحت نظر گرفتن.

نتایج به دست آمده بر روی حجم مواد از راه دور در شکل. چهارده.

شکل. 14. وابستگی مقدار مواد از راه دور از زمان به زمان.

در بازداشتنتایج اصلی به دست آمده را به دست آورد.

نتیجه اصلی این کار ایجاد یک مدل جدید فیزیک و ریاضی از فرایندهای تعامل تابش لیزر با مواد بیولوژیکی چند لایه از هر هندسی است که اجازه می دهد تا با استفاده از تعدادی از ابزارها برای ایجاد مناطق محاسبه شده متشکل از انواع مولفه های مختلف اشکال و اندازه ها. این به طور قابل توجهی این مدل را از شناخته شده، با استفاده از مناطق محاسبه شده با هواپیما موازی و جامد همگن متمایز می کند. در محاسبات، هر پارامتر از محیط های متوسط \u200b\u200bو مختلف، مانند نانوذرات، می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

تعدادی از نتایج نظری اساسی حاصل از آن باید ذکر شود:

یک مدل فیزیکی و ریاضی انتشار تابش لیزر در رسانه ها با هندسه نامتقارن خودسرانه پیشنهاد شده است که شامل ناهمگونی های داخلی بسته از فرم پیچیده است.

بر اساس این مدل، یک الگوریتم برای محاسبه توزیع تراکم انرژی جذب شده برای محدوده های مختلف تابش لیزر، زمانی که آن را در رسانه های چند لایه با یک هندسه نامتقارن نامتقارن محاسبات محاسبه شده با گنجاندن ناهمگونی های داخلی بسته شده شکل پیچیده پخش می شود، توسعه می یابد ، با استفاده از روش سه بعدی مونت کارلو و پارتیشن محدود عنصر.

الگوریتم مورد استفاده در کار می تواند به تشخیص تغییرات ساختاری در بافت بیولوژیکی هندسه بسته دلخواه، و همچنین محاسبه زمینه های دما و مرزهای منطقه تخریب در طول لیزر درمانی اعمال شود.

مکانیسم های اصلی تعامل لیزر تابش های مختلف با بافت های بیولوژیکی چند لایه در نظر گرفته شده و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. بر اساس این، تجزیه و تحلیل نظری از شرایط وقوع و جریان فرایندهای حرارتی انجام شد. امکان کاربرد مدل توسعه یافته برای مطالعه بارهای حرارتی بافت های چند لایه، مشخصه فرآیندهای تخریب عکس و پلاسما در آنها.

یک مدل تعیین واکنش دمای چند لایه ای با استفاده از نانوذرات به اشعه ماوراء بنفش با اشعه ماوراء بنفش پیشنهاد شده است. تکامل تغییرات در تراکم انرژی نور جذب شده و درجه حرارت، بسته به طول موج تابش حادثه، غلظت و جابجایی نانوذرات آزمون موجود در پوست مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.

زمینه های حرارتی در بافت های زیست محیطی جامد ناشی از قرار گرفتن در معرض لیزر محاسبه شده و شدت اشعه لیزر در دمای بحرانی مورد نیاز برای اجرای فرآیند تخلیه در این محیط تعیین شد.

ادبیات Citization

1. Isimar A. توزیع و پراکندگی امواج در رسانه های تصادفی غیرمنتظره. - m: mir، 1981. - 280 p.
2. Srinivasan R.، Mayne-Banton V. Photoching خود توسعه پلی (اتیلن ترفتالات) توسط اشعه لیزر لیزر فرتو (اتیلن ترفتالات). // appl. فیزیک lett - 1982. - جلد. 41. - ص. 576-578
3. Shadurov v.V. روش های بزرگ عناصر محدود. - M: علم، 1989. - 288C.
4. Tuchin V.V. اپتیک بافت - Bellingham: SPIE Press، 2000.
5. Tuchin V.V. راهنمای تشخیص بیومدیک نوری- Bellingham: SPIE Press، 2002.
6. Shcherbakov Yu.N.، Yakunin A.N.، Yaroslavsky I.V.، Tuchin V.V. مدل سازی فرآیندهای حرارتی در تعامل تابش لیزر غیر انتزاعی با بیوتیک چند لایه. - اپتیک و طیف سنجی. - 1994، Vol.76، شماره 5، C. 845-850.

فهرست نشریات اساسی

1. Nethekin A.Yu.، Gavrilenko v.N ., KROCHINA N.A. دزیمتری پرتوهای لیزر با شدت کم در مواد زیستی. // بولتن Amgu. - Blagoveshchensk. - 1999. - POS.6. - ص 24-27.
2. Nethekin A.Yu.، Gavrilenko v.N . ویژگی های توزیع تابش لیزر در مواد بیولوژیکی چند لایه. پیش چاپ - Blagoveshchensk: Amgu. - 2000. - 60 ثانیه
3. Nethekin A.Yu.، Gavrilenko v.N . سیستم دوزیمتری اتوماتیک پرتوهای لیزر در هنگام تعامل با مواد چند لایه // مواد کنفرانس بین المللی علمی و فنی III "الکترونیک کوانتومی" - Minsk، 2000. - ص. 193-194.
4. Nethekin A.Yu.، Gershechich M.m. شبیه سازی فرایندهای انتشار تابش لیزر در مواد چند لایه // Blagoveshchensk: Vestnik Amgu. - 2001. - № 11. - ص 26-28.
5. Nethekin A.Yu.، Ershov I.A. مدل ساختار یک لنز شفاف چشم برای مشکل پراکندگی اشعه لیزر در بیوتیک های شفاف // مواد اول Amur Interregional کنفرانس علمی و عملی "شیمی و آموزش شیمی در نوامبر قرن." - Blagoveshchensk: BSPU. - 2001. - ص. 110-111.
6. Nethekin A.Yu.، Ershov I.A. مدل سازی پراکندگی نور در زیست شناسی شفاف با ناهمگونی کروی // AMGU بولتن. - 2001. - شماره 13. - ص. 18-20.
7. Nethekin A.Yu.، Ershov I.A. اثرات پراکندگی چندگانه در یک لنز چشم شفاف با تشخیص لیزر // بولتن AMGU. - 2001. - شماره 15. - ص. 29-30.
8. Nethekin A.Yu.، Ershov I.A.، Gershechich M.M. مدل سازی فرایندهای تعامل پرتوهای لیزر با شدت کم با بیومتریک چند لایه // مجله فیزیک فنی. - 2002. - T. 72. - شماره 1. - ص. 110-114.
9. nethekin a.uu. استفاده از روش مونت کارلو برای شبیه سازی طیف بازتابی از تابش نوری از به طور تصادفی چند لایه به شدت از بین رفته و جذب چراغ های رسانه ای به شدت از بین رفته و جذب می کند // بولتن AMGU. - 2002. - № 19. - ص. 24-27.
10. nethekin a.uu. مدل سازی فرآیند پراکندگی لیزر در مواد بیولوژیک چند لایه توسط مونت کارلو / سیستم های اطلاعاتی و سیستم های کنترل. - 2003. - № 2 - ص. 31-37.
11. nethekin a.uu. تجزیه و تحلیل فرایندهای انتشار تابش لیزر در مواد بیولوژیک چند لایه توسط مونت کارلو // بولتن ارتباطات علمی. - Khabarovsk: انتشارات خانه مزرعه. - 2004. - №8. - ص 22-28.
12. nethekin a.uu. با استفاده از روش مونت کارلو برای شبیه سازی طیف بازتابی از تابش نوری از پخش کننده های چند لایه تصادفی غیرمستقیم و جذب رسانه // جمع آوری کارهای علمی "اپتیک کریستال ها". - Khabarovsk: انتشارات خانه مزرعه. - 2004. - ص. 34-43
13. Gavrilenko v.N.، Nethekin A.Yu. حسابداری فرایندهای پراکندگی در تعامل تابش لیزر با مواد بیولوژیکی شفاف // مواد کنفرانس بین المللی "فن آوری های لیزر نوری در زیست شناسی و پزشکی" - Minsk: موسسه فیزیک آکادمی ملی علوم بلاروس، 2004. -S.245 -249
14. Seteikin A.Yu. محاسبه زمینه های دما با آن، تابش لیزر بر روی بیومتریک // رسیدگی به پرونده های اساسی opto-and microelectronics "(apcom 2004). - Dvgups: Khabarovsk. - 2004. - ص. 459-464.
15. nethekin a.uu. تجزیه و تحلیل فرآیندهای مونت کارلو از انتشار تابش لیزر در بیومتریک چند لایه // دانشگاه های Izvestia فیزیک.- 2005. - № 3.- S.53-57.
16. nethekin a.uu. مدل محاسبه زمینه های دما ناشی از اثرات تابش لیزر بر روی چند لایه Biotank // مجله نوری- 2005. - T72. - №7. - p.42-47.
17. nethekin a.uu. مدل نوری-ترموفیزیک تعامل تابش لیزر با مواد چند لایه // اخبار دانشگاه ها. فیزیک.- 2005. - №6. کاربرد. - S.99-101.
18. Nethekin A.Yu.، Krasnikov I.V. محاسبه زمینه های دما ناشی از تعامل تابش لیزر با چند لایه بیومتریک // مواد گزارش پنجمین کنفرانس علمی منطقه ای "فیزیک: مطالعات اساسی و کاربردی، آموزش و پرورش". - Khabarovsk: انتشارات خانه دولت اقیانوس آرام. دانشگاه 2005. - p.32-33.
19. Nethekin A.Yu.، Krasnikov I.V. مدل ترموفیزیکی تعامل تابش لیزر با Biycle Multilayer Biycle // Bulletin AMGU. سری "علوم طبیعی و اقتصادی". - 2005. - شماره 31.- p.13-15.
20. nethekin a.uu. تجزیه و تحلیل بر اساس روش مونت کارلو از انتشار تابش لیزر در بیومتریک چند لایه // اپتیک و طیف سنجی.– 2005. - T 999. - شماره 4 - S.685-689.
21. Nethekin A.Yu.، Krasnikov I.V. محاسبه اثرات دما تابش لیزر با شدت کم به تجهیزات بیولوژیکی چند لایه / مواد بین المللی سمپوزیوم "اصول و فرآیندهای تولید مواد معدنی (سومین قرائت سامسونف)". - Khabarovsk: انتشارات خانه دولت اقیانوس آرام. UN-TA - 2006.- P.304-306.
22. Nethekin A.Yu.، Krasnikov I.V. محاسبه زمینه های دما ناشی از تعامل تابش لیزر با بیومتریک چند لایه // مجله نوری- 2006. - T.73. - شماره 3 - ص 31-34.
23. Nethekin A.Yu.، Krasnikov I.V. تجزیه و تحلیل اثرات حرارتی ناشی از تعامل تابش لیزر با بیومتریک چند لایه // اخبار دانشگاه ها. فیزیک.– 2006 - №10. - صص 90-94.
24. Nethekin A.Yu.، Krasnikov I.V. در اثر حرارتی در معرض تابش لیزر در پارچه زیستی // مواد ششمین کنفرانس علمی منطقه ای "فیزیک، سرمایه گذاری های اساسی و کاربردی، آموزش و پرورش". - Blagoveshchensk: Amgu. - 2006. - ص. 104-106.
25. Nethekin A.Yu.، Krasnikov I.V.، Fogel N.I. شرح تاثیر تابش لیزر بر روی پوست با استفاده از روش مونت کارلو // رسیدگی به جلسه علمی MEFI-2007. - m: mafi. - 2007 - ص. 117-118.
26. Seteikin A.Yu.، Krasnikov I.V. Reserch یک اثر حرارتی رادیون لیزر یک پوست با هندسه غیر بی اهمیت // مقالات SPIE. – 2007. - جلد 6826. - p.127-131.
27. Nethekin A.Yu.، Krasnikov I.V.، Fogel N.I. مدل سازی زمینه های دما، با توجه به انتشار نور در ورودی بیولوژیکی // اخبار دانشگاه ها. ساخت ابزار. -2007. -T.50 - №9. - p.24-28.
28. Nethekin A. Yu.، Krivzun A. M. شبیه سازی انتشار تابش نوری در محیط های با پارامترهای فضایی متغیر // بولتن دانشگاه امور خارجه امور. - 2008. - جلد. 41. - ص. 12-13.
29. Minailov A.V.، Nethekin A. Yu. بر روی مطالعه رسانه های بیولوژیکی چند هسته ای مایع با روش های نوری آکوستیک // بولتن AMGU. - 2008. - جلد. 41. - ص 14 تا 15.
30. Averyanov Yu G.، Nethekin A. Yu. لیزر تخلیه بافت های زیستی // بولتن AMGU. - 2008. - جلد. 41. - ص. 32- 32.
31. Nethekin A. Yu.، Krasnikov I.V.، Foth H.-j. تجزیه و تحلیل بارهای گرما در حال ظهور در بافت بیولوژیکی تابش اشعه لیزر در محدوده مادون قرمز // مجموعه ای از آثار کنگره بین المللی کنگره "اپتیک -چی قرن". - T.1 "مشکلات اساسی اپتیک -2008". - سن پترزبورگ، 2008. - p.119-120.
32. Pavlov M.S.، Nethekin A. Yu. استفاده از یک اصلاح سه بعدی روش مونت کارلو برای شبیه سازی انتشار نور در بافت های بیولوژیکی. // مشخصات کار کنگره بین المللی اپتیک "اپتیک -چی قرن". - T.1 "مشکلات اساسی اپتیک -2008". - سن پترزبورگ، 2008. - C.120-121.
33. Khramtsov I.I.، Nethekin A. Yu. مدل سازی فرآیند دندان لیزر تخلیه بر اساس یک مدل حرارتی. // مشخصات کار کنگره بین المللی اپتیک "اپتیک -چی قرن". - T.1 "مشکلات اساسی اپتیک -2008". - سن پترزبورگ، 2008. - C.248.
34. Nethekin A. Yu.، Krasnikov I.V.، Foth H.-j. مطالعه تجربی اثرات دما تابش لیزر بر روی بافت بیولوژیکی. // بولتن SPO AIN. - SPB: ed. - پلی تکنیک. - 2008. - جلد. 4. - p.273-277.
35. Nethekin A. Yu.، Krasnikov I.V.، Pavlov M.S. مدل سه بعدی انتشار نور در بافت های بیولوژیکی. // اظهارات علمی و فنی SPBGPU. مجموعه ای از علوم فیزیک و ریاضیات، 2008. -SP.6. - p.120-123.
36. Nethekin A.Yu.، Krivzun A.M. بررسی فرآیند تعامل تابش با اشخاص زیستی حاوی ناهنجاری های نوری // جمع آوری گزارش های 19 کنفرانس بین المللی "لیزر". اندازه گیری ها اطلاعات 2009، SPB: پلی تکنیک پلی تکنیک. دانشگاه 2009. -t 1. - C.245-254.
37. Nethekin A.Yu.، Krasnikov I.V.، Popov A.P. بررسی اثرات حرارتی اشعه ماوراء بنفش به پوست یک فرد مبتلا به نانوذرات اکسید تیتانیوم // جمع آوری گزارش های 19 کنفرانس بین المللی "لیزر". اندازه گیری ها اطلاعات 2009، SPB: پلی تکنیک پلی تکنیک. دانشگاه 2009. -t 1. - C.254-268.
38. Nethekin A.Yu.، Khramtsov I.I. بررسی فرایند تخلیه لیزر بافت بیولوژیکی تحت تاثیر پالس های لیزر فوق العاده پیچ // مواد کنفرانس علمی منطقه ای VIII "فیزیک: تحقیقات اساسی و کاربردی، آموزش و پرورش". - Blagoveshchensk: دولت امور. دانشگاه، 2009 - C.250-253.
39. Nethekin A.Yu.، Pavlov M.S. مدل سازی فرایندهای انتشار تابش لیزر در بافت های چند هسته ای بیولوژیک // مواد کنفرانس علمی منطقه ای VIII "فیزیک: مطالعات بنیادی و کاربردی، آموزش و پرورش". - Blagoveshchensk: دولت امور. دانشگاه 2009 - ص. 307-310.
40. Nethekin A.Yu.، Krasnikov I.V.، Popov A.P. مطالعه خواص محافظتی دما نانوذرات TiO2 به پوست هنگامی که تابش با نوارهای نور UV و UV-B // مواد کنفرانس علمی منطقه ای VIII "فیزیک: مطالعات اساسی و کاربردی، آموزش و پرورش" است. - Blagoveshchensk: دولت امور. UN-T.، 2009 - p.322-326.
41. Nethekin A.Yu.، Krasnikov I.V.، Popov A.P. روش محاسبه واکنش دما، با استفاده از نانوذرات، زمانی که تابش با نور UV و UV-in drages / / تکنیک GSSD MRP 150-2009، استفاده از نانوذرات است. راس علمی و فنی مرکز اطلاعات در مورد استاندارد سازی، مترولوژی و ارزیابی انطباق. - M.، 2009. - 40 C: IL. 18. Bibliogr. نام 24 - روس نام dep در FSUE "Standinform".
42. Nethekin A. Yu.، Krasnikov I. V.، Popov A.P.، Fotiadi A.E. واکنش درجه حرارت نانوذرات حاوی بیوتک ها به تابش با نور UV-A و UV-in Drames. // اظهارات علمی و فنی SPBGPU، مجموعه ای از فیزیکی و ریاضیات.– 2009 - مسئله. - p.113-118.
43. Krasnikov I.V.، Nethekin A.Yu.، Popov A.P. تغییرات در خواص خورشید و حرارت محافظ پوست انسان با معرفی نانوذرات دی اکسید تیتانیوم // اپتیک و طیف سنجی.– 2010. - T. 109، №2. - ص. 332-337.
44. Nethekin A.u.، Privalov v.E. عکسبرداری از بافت های بیولوژیکی // بولتن دانشگاه سنت پترزبورگ.– 2010. - SER11. vol.2. - ص 225-237.
45. Fadeev D.A.، Nethekin A.Yu. تجزیه و تحلیل پراکندگی چندگانه تابش لیزر در محیط های بیولوژیکی با نوسانات فضایی پارامترهای نوری // بیانیه های علمی و فنی SPBGPU، SER. "علوم فیزیکی و ریاضی.– 2010. - مسئله - ص. 102-106.
46. Krasnikov I.، Seteikin A.، برنهارت I. فرایندهای حرارتی در گلبول های قرمز در معرض موچین های لیزری مادون قرمز (\u003d 1064 نانومتر) // مجله Biophotonics. -2011. - جلد. 4.، شماره 3 - ص. 206-212.
47. Nethekin A. Yu.، Krasnikov I.V.، Pavlov M.S. مدل سازی انتشار تابش نوری توسط مونت کارلو در محیط های بیولوژیکی با ناهمگونی های داخلی بسته // مجله نوری - 2010. - POS.77.، № 10. - ص. 15-19.

49.Krasnikov I.، Seteikin A.، Bernhardt I. شبیه سازی نورپردازی نور لیزر و فرایندهای حرارتی در گلبول های قرمز در معرض موچین های لیزری مادون قرمز (\u003d 1064 نانومتر) // حافظه نوری و شبکه های عصبی (اطلاعات اپتیک) - 2010. - جلد 19.، شماره 4 - ص. 330-337.

50. Krivzun A.M.، Nethekin A.Yu. تجزیه و تحلیل فرآیندهای انتشار تابش نوری در محیط های بیولوژیکی با استفاده از محاسبات بر روی پردازنده های گرافیکی // اظهارات علمی و فنی SPBGPU، مجموعه ای از علوم فیزیک و ریاضیات، 2011، شماره 1، ص. 55- 61.

51. Nethekin A.Yu.، Popov A.P. تعامل نور با بافت های بیولوژیکی و نانوذرات // Lap Lambert Academic Publishing - 2011-212 S.

کارهای مشابه:

"01.04.08 - فیزیک پلاسما A B T O R E R T از پایان نامه برای درجه نامزد علوم فیزیکی و ریاضی Nizhny Novgorod - 2007 کار در موسسه فیزیک کاربردی آکادمی علوم روسی (Nizhny Novgorod) انجام شد. مدیر علمی: نامزدی علوم فیزیکی و ریاضی، V. G. Zorin رسمی ... "

رویکرد آماری "Mukhin Dmitry Nikolaevich به بازسازی سیستم های پویا بر روی داده های رومینگ 01.04.03 - رادیو فیزیک و در T در مورد پایان نامه های علوم فیزیکی و ریاضی Nizhny Novgorod - 2007، کار در موسسه انجام شد فیزیک کاربردی آکادمی علوم روسیه (Nizhny Novgorod). کارگردان علمی: دکتر علوم فیزیکی و ریاضی، A.M. فایگین مخالفان رسمی: دکتر علوم فیزیکی و ریاضی، ... "

"Kononov نیکولای Kirillovich توسعه روش های برای به دست آوردن و پردازش دیجیتال از تصاویر اشعه ایکس. 04/01/01 - ابزارها و روش های فیزیک تجربی انتزاعی انتزاعی در مورد رقابت یک درجه علمی از یک نامزد علوم فیزیکی و ریاضی مسکو - 2006. این کار در آزمایشگاه واکنش های فوتونی هسته ای موسسه انجام شد تحقیقات هسته ای زخم مدیر علمی: D.F-M.N. v.g. نزدیک، جیائی راس. رسمی ... "

"Denisov Andrei Nikolaevich مدل سازی کامپیوتری از شرایط پس زمینه در آزمایش Gerda و وضعیت تابش بر روی سطح ماه 01.04.16 فیزیک هسته اتمی و ذرات ابتدایی انتزاعی انتزاعی در مورد رقابت Ph.D. نامزد فیزیکی و ریاضی علوم مسکو 2010 کار در ایجاد موسسه تحقیقات هسته ای آکادمی علوم روسیه از آکادمی علوم روسیه، مدیر علمی دانشگاه علوم پزشکی، دانشکده علوم فیزیکی و ریاضی، دانشکده علوم فیزیکی و ریاضی، انجام شد. Sobolevsky (IYAI RAS) استاد ... "

".. ()" "" ".04.16 - §، | -2013 ... () Avagyan Arutyun Robertovich" تحقیق درباره عدم تقارن اسپین و آزیموتال در طول برق "انتزاعی نویسنده انتزاعی بر روی درجه پزشک علوم فیزیک-ریاضی در تاریخ 01.04.16 "هسته فیزیک، ..."

مواد مورد استفاده در فن آوری انرژی و هوا فضا. 01.04.01 - ابزارها و روش های فیزیک آزمایشی انتزاعی انتزاعی در مورد رقابت یک درجه علمی از یک نامزد علوم فیزیک و ریاضی مسکو -2007. این کار در آزمایشگاه یون انجام شد.

"روش Knyazeva تاتیانا نیکولاوائی برای پردازش داده های تجربی غیر ثابت با استفاده از تبدیل موجک 01.04.01 - ابزار و روش های انتزاعی فیزیک فیزیک آزمایشی از پایان نامه های علوم فیزیکی و ریاضی سنت پترزبورگ 2010 کار انجام شد OJSC "مرکز مهندسی علمی ایستگاه الکتریکی سنت پترزبورگ" مدیر علمی: دکتر علوم فیزیکی و ریاضی Novikov Lev Vasilyevich رسمی ... "

"Goshokov Ruslan Muhamedovich اشعه ایکس اشعه ایکس پارامتریک از پروتون ها در سیلیکون مونوکریستال ها و استفاده از آن برای تشکیل یک پرتو اشعه ایکس بر روی شتاب دهنده های پروتون 01.04.07 - فیزیک انتزاعی دولت متشکل از پایان نامه در مورد رقابت یک درجه علمی از نامزدی فیزیک و علوم ریاضی Nalchik- 2010 کار انجام شده در Gou VPO Karachay-Cherkess دولت آکادمی علمی دانشکده علمی: دکتر علوم فیزیکی و ریاضی، ... "

"مدل Shibkov Sergey Viktorovich از رانش یون غیر خطی در طیف سنجی افزایش تحرک یونی 01.04.01 - ابزار و روش های انتزاعی فیزیک فیزیک تجربی از پایان نامه به میزان نامزد علوم فیزیکی و ریاضی Moscow - 2007 کار انجام شد موسسه رمزنگاری، ارتباطات و اطلاع رسانی از آکادمی FSB از روسیه مدیر علمی: دکتر علوم فیزیکی و ریاضی، S. D. Beneslavsky ... "

"Kianovsky Stanislav vladimirovich مطالعه پس زمینه در آزمایشات در جستجوی یک تخریب بتا غیر سفتی 76GE از تابش کیهانی و رادیواکتیویته طبیعی با استفاده از بخش های تجربی از تشکیل ایزوتوپ های رادیواکتیو 74As، 68GE، 65ZN و 60CO تحت عمل بالا انرژی پروتون ها 01.04.16. - فیزیک هسته اتمی و ذرات ابتدایی انتزاعی انتزاعی نویسندگی در مورد میزان کاندیدای علوم فیزیک و ریاضی مسکو 2010 کار ... "

"Kasherininov Peter Georgievich رسانه های ثبت نام اپتیکال بر اساس Semiconductor M (TI) S-structures با دی الکتریک نازک تونل (TI). 04/01/10 - فیزیک نیمه هادی ها انتزاعی انتصاب نویسنده در مورد پزشک علوم فیزیکی و ریاضی سنت پترزبورگ 2011. این کار در ایجاد آکادمی علوم روسیه در موسسه فیزیک فنی انجام شد. A.F. مخالفان رسمی Ioffe Ras: دکتر فیزیکی و ریاضی ... "

"Klechchenkov Anatoly Borisovich روش های الکترودینامیک برای تجزیه و تحلیل فرستنده های ارتعاشی در رسانه های چند لایه 01.04.03 رادیوفیزیک انتزاعی نویسنده انتصاب در مورد رقابت یک نامزد علوم فیزیکی و ریاضی Rostov-on-Don 2007 در بخش الکترودینامیک اعمال شده و مدل سازی کامپیوتری انجام شد دانشکده دانشکده فدرال موسسه آموزشی آموزش عالی حرفه ای دانشگاه فدرال جنوبی .... »

"Mironova Tatiana vasilyevna ویژگی های تعامل Fe، Ni، Ti، Cu با اتم های معرفی C، N، O با اثرات تحریک کننده تخصصی 01.04.07 - فیزیک دولت متراکم انتزاعی نویسنده انتصاب در مورد رقابت یک درجه علمی نامزد علوم فیزیکی و ریاضی Samara - 2011 کار در FGBOU VPO SAMARA SAMARA SCYCANCE SCIENTIFIC DECISTRICE: دکتر علوم فیزیکی و ریاضی، استاد استننبرگ A.M. مخالفان رسمی: دکتر ... "

"Kudrin Aleksey Mikhsiy Mikhailovich خواص حمل و نقل برخی از سیستم های نانو حرارتی فلز دی الکتریک و فلز-نیمه هادی تخصص: 01.04.07 - فیزیک دولت متراکم خلاصه مقاله انتصاب در مورد رقابت یک درجه علمی علوم فیزیکی و ریاضی Voronezh - 2010 کار انجام شده است در Gou VPO VOronezh دانشگاه علمی دانشگاه علمی دانشگاه علوم فیزیکی و ریاضی، پروفسور Kalinin Yuri Egorovich مخالفان رسمی: ... "

"Rudenko Aleksey Ivanovich امواج ثابت غیر خطی بر روی یک جریان افقی برشی مایع 01.04.02- فیزیک نظری خلاصه مقاله خلاصه ای از دانشکده علوم فیزیکی و ریاضی Kaliningrad - 2007 کار در دانشگاه فنی فنی دانشگاه فبو VPO Kaliningrad انجام شد کارگردان: نامزدی علوم فیزیکی و ریاضی، دانشیار Zaitsev Anatoly Alekseevich مخالفان رسمی: دکتر علوم فیزیکی و ریاضی، ... "

"Chernov Vitaly Vladislavovich انبار و مرطوب کردن با فازهای مایع رسانایی سطوح جامد در میدان های مغناطیسی 01.04.14 -plofysics و تئوری مهندسی اصول مهندسی خلاصه مقاله انتزاعی در رقابت Ph.D. نامزد فیزیک و ریاضیات Nalchik 2006 کار انجام شد در گروه نانوسیستم های فیزیک دانشگاه ایالتی کابردینو-بلکرایان. هوم Berbekova مدیر علمی: دکتر علوم فیزیکی و ریاضی، پروفسور Sosaev ویکتور ... "

"Glavian Leonid Zavenovich نسل پوزیترون ها و فوتون های Quasimochromatic از نابودی پوزیترون ها در تابستان برای تحقیقات رزونانس های غول پیکر در هسته اتمی 01.04.01 - دستگاه ها و روش های فیزیک آزمایشی انتزاعی انتزاعی در مورد رقابت برای درجه علمی نامزدی فیزیکی و ریاضیات Moskva Moskva - 2011 کار در تأسیس موسسه تحقیقات هسته ای علوم آکادمی روسیه از آکادمی علوم روسیه انجام شد. مدیر علمی: مخالفان رسمی: پیشرو ... "

"Chagayev vladimir vasilyevich نوسانات و امواج Magnitodipol در Ferrites Magnitodipol: ویژگی های متمایز مشخص از ویژگی های تخصص 01/01/11 - فیزیک پدیده های مغناطیسی انتزاعی نوشتار در مورد رقابت یک درجه علمی علوم فیزیکی و ریاضی مسکو - 2009 کار در موسسه تحقیقاتی دولتی، موسسه تحقیقاتی مواد چشم انداز و فن آوری های موسسه دولتی الکترونیک و ریاضیات مسکو انجام شد ... "

انتصاب سیستم های نوری در تاسیسات لیزر به شرح زیر است:

- تولید رزوناتورهای نوری و به دست آوردن اشعه لیزر،

- انتقال انرژی تابش لیزر به سایت پردازش،

- تنظیم پارامترهای تابش،

- تشکیل یک پرتو نور با چگالی قدرت بالا (تمرکز)،

- مطبوعات تابش بر روی نقطه پردازش،

- کنترل فرآیند پردازش و ارزیابی نتایج آن.

سیستم های نوری شامل عناصر اصلی زیر هستند:

- تمرکز - لنز، لنزها،

- عناصر بازتابنده - آینه، اسکنر ها،

- refractivate - منشور بازتاب کامل، deflectors نوری (دستگاه ها اجازه می دهد تا یک پرتو را برای چندین پرتو تقسیم کنند)،

- تنظیم تابش - کرکره های نوری، و غیره،

- انتقال راهنماهای نور.

عناصر تمرکز به منظور تغییر قطر پرتو لیزر امیتر به منظور تغییر تراکم قدرت تابش تغییر دهید. در تاسیسات تکنولوژیکی، به عنوان یک قاعده، نیاز به کاهش قطر پرتو و افزایش تراکم قدرت قدرت تابش، I.E. تابش تمرکز

ساده ترین و گسترده ترین روش استفاده از تابش تمرکز استفاده از یک لنز تک (شکل)، جایی که F فاصله کانونی است، F آیا سطح کانونی سیستم نوری است.

با توجه به این واقعیت که تابش لیزر دارای واگرایی خاص است (هر چند بسیار کوچک)، می توان آن را متمرکز کرد (کاهش) به اندازه کاملا تعریف شده. قطر نور تابش نور از کوچکترین مقدار در هواپیما کانونی F است و توسط فرمول تعیین می شود:

جایگزینی بیان برای θ ما دریافت می کنیم

(2.38)

در عمل، تحریف تمرکز (انحراف)

با توجه به انحرافات کروی

, (2.39)

جایی که P * پارامتر محاسبه شده (تعیین شده توسط ابعاد و فرم لنز) است.

دانستن انرژی یا قدرت تابش لیزر W و P و P و، ممکن است محاسبه تراکم انرژی یا قدرت در نقطه متمرکز:

; . (2.40)

قبلا (خواص اشعه لیزر را ببینید)، این مقادیر بر اساس قطر تابش لیزر برآورد شد. هنگام تمرکز، این پارامترها توسط چندین سفارش افزایش می یابد. در عمل، آنها معمولا تلاش می کنند قطر رنگ های تابش را کاهش دهند.

از فرمول (2.39) می توان دید که برای کاهش قطر رنگ آمیزی متمرکز، طول کمتری برای کاهش فاصله کانونی ضروری است. با این حال، می توان آن را تنها به محدودیت های خاص انجام داد، زیرا در فاصله ای طولانی بین لنز و سطح فوکوس خطر آسیب لنز وجود دارد (به عنوان مثال، جفت ها و ذرات مایع مواد پردازش شده).

بنابراین، روش دیگری برای به دست آوردن یک لکه با قطر چند میکرون استفاده می شود - افزایش دادن قطر پرتو با یک سیستم تلسکوپی - ببینید (2.39).

قطر نقطه نور در این مورد با توجه به فرمول زیر تعیین می شود (2.39)

,

جایی که R\u003e 1 افزایش سیستم تلسکوپی است.

طول کانونی بهینه لنز (که در آن کوچکترین قطر نقطه متمرکز به دست می آید) می تواند توسط فرمول تعیین شود:

(2.41)

هنگامی که تابش لیزر عبور می کند، لنزهای سیستم نوری به علت جذب جزئی تابش گرم می شود. این می تواند منجر به تغییر شکل حرارتی و آسیب به سیستم نوری شود. بنابراین، تراکم قدرت تابش نباید از مقادیر خاصی برخوردار باشد که اجازه می دهد عملیات عادی طولانی مدت بخش های سیستم نوری باشد.

تراکم قدرت مجاز بستگی به ماده ای دارد که از آن سوزن های بافندگی و طول موج های تابش تولید می شوند.

- برای تمرکز تابش با طول موج 0.4 تا 2 میکرومتر (طیف قابل مشاهده و نزدیک به مادون قرمز)، لنزهای ساخته شده از انواع مختلف شیشه های نوری استفاده می شود. تراکم قدرت مجاز ~ 10 3 w / cm 2 است.

- برای تابش با طول موج 10.6 میکرومتر

(CO 2 - لیزر) مواد نوری معمولی مات است. مواد برای تولید لنزهای خدمت:

- کریستال های تک نمک های اسید پرورش هالوژن - NaCl، KBR، KCL، و غیره

تراکم قدرت مجاز ~ 10 3 w / cm 2. دارای هیدروسکوپی بالا و زندگی کم عمر.

- بلورهای نیمه هادی - ژرمانیوم، گالیم آرسنید، و غیره تراکم قدرت مجاز 100 w / cm 2 است.

با قدرت تابش بیش از حد مجاز، یا هوای اجباری یا خنک کننده مایع لنز، یا سیستم های تمرکز از آینه ها با پوشش های فلزی بر اساس فلز (به منظور خنک سازی بهتر). پایه شیشه ای، مس، سیلیکون است. پوشش - طلا، نقره، مس، نیکل، مولیبدن، آلومینیوم، و غیره

منعکس کننده عناصر بازتابندهسیستم های نوری به منظور تغییر جهت اشعه لیزر عمل می کنند. استفاده شده در رزوناتورهای نوری و سیستم های حمل و نقل لیزر.

برای این منظور با طول موج تابش لیزر 0.4 - 2 میکرومتر برای این منظور، منشور بازتاب کامل داخلی و آینه ها با پوشش دی الکتریک چند لایه برای این منظور استفاده می شود (برای افزایش ضریب انعکاس و کاهش فاصله).

با طول موج تابش 10.6 میکرومتر. اعمال مسطح، آینه محدب، مقعر با پوشش فلزی (از طلا و آلومینیوم)، که دارای ضریب انعکاس بالا (~ 1) است. تغییر چگالی پوشش ها را می توان ضریب انعکاس را تغییر داد، به عنوان مثال تولید آینه شفاف

در عمل، این کار اغلب برای حرکت پرتو لیزر در امتداد یک کانتور دلخواه ایجاد می شود. برای این، یک سیستم آینه های مسطح متحرک استفاده می شود (نگاه کنید به شکل.).

1 - امیتر لیزر

2.3 - آینه های متحرک

4 - لنز

5 - مواد

در محور X، آینه های 2 و 3 و لنز 4 با هم حرکت می کنند، و در محور، تنها آینه 3 و لنز 4 می تواند حرکت کند.

حرکت همزمان در امتداد محورها X و Y به شما امکان می دهد هر مسیری را از پرتو دریافت کنید.

با استفاده از آینه ها، سیستم های اسکن پرتو لیزر تولید می شوند، به عنوان مثال دوره زمانی آن را در همان مسیر حرکت می کند.

عناصر نظارتی سیستم های نوری برای تغییر انرژی، قدرت تابش لیزر، ویژگی های فضایی و زمان آن طراحی شده اند. این شامل

- تقویت کننده های کوانتومی نوری - دستگاه ها برای افزایش انرژی تابش پالس لیزر. در واقع، اینها لیزر هستند که در آن آنها به صورت خود به خود تولید نمی شوند، بلکه تحت عمل تابش لیزر دیگر. در نتیجه، انرژی انرژی تابش تقویت کننده نوری به انرژی پالس تابش آغاز می شود.

- دستگاه ها برای تنظیم قدرت تابش از صفر تا ارزش اسمی - نمودارها با قطر سوراخ متغیر، فیلتر های نور قابل تعویض با ضریب جذب مختلف، دریچه های نوری، مدولاتور، دمپایی.

انواع زیر کرکره ها به عنوان کرکره مدولاتور استفاده می شود

- الکترو نوری (اثر پونکال)، بر اساس پدیده ای از هواپیما قطبی شدن توسط برخی از مواد تحت عمل ولتاژ ثابت ثابت به 5KV است.

- کرکره های مکانیکی - چرخش آینه تا 30000 دور در دقیقه.

- کرکره ها در کرکره های اشباع بر اساس پدیده هستند: با برخی از ارزش های شدت تابش، برخی از رنگ های آلی تبدیل به شفاف می شوند.

- دریچه های Acousto-optic، شیشه کوارتز و ژرمانیوم (برای محدوده IR) هنگامی که در معرض امواج التراسونیک در معرض تلفات بزرگ (پراکندگی) برای تابش لیزر همراه است و تولید آن خاتمه یافته است.

کرکره ها در رزوناتور نصب می شوند. علاوه بر این، دریچه های مکانیکی در خروجی تابش لیزر از رزوناتور استفاده می شود.

عناصر انتقال سیستم های نوری برای انتقال تابش لیزر در فاصله تا چند دهه کیلومتر طراحی شده اند. - برای این فیبر اعمال می شود svetovoda.

در حال حاضر تعداد زیادی از راهنماهای نور شناخته شده است. استفاده گسترده ترین از محافظ نور از ساخت و ساز زیر است

راهنمای نور فیبر شامل یک هسته 1 با یک شاخص انکساری N 1، شل 2 با شاخص انکساری N 2\u003e N 1 و محافظ پوسته 3. مواد مورد استفاده برای تولید: هسته، به عنوان مثال، از کوارتز با افزودنی تیتانیوم برای افزایش تیتانیوم شاخص انکساری، یک پوسته کوارتز خالص. به طور کلی، برای تولید این عناصر راهنماهای نور، در حال حاضر تعداد زیادی از انواع مختلف عینک و پلیمرها استفاده می شود؛ برای پوسته محافظ، لاک های مختلف، پلیمرها، فلزات استفاده می شود، حفاظت از فیبر از اثرات محیط خارجی (رطوبت)، قدرت مکانیکی را افزایش می دهد، ویژگی های نوری را بهبود می بخشد. قطر فیبر از چندین ده تا چند صد MKM متفاوت است. هسته دارای قطر در حد چند میکرون است. تا 1000 میکرون. (1mm).

در الیاف، پدیده انعکاس کامل داخلی استفاده می شود (شکل). در رابط محیط دوم، پدیده انکسار و انعکاس نور رخ می دهد. هنگام حرکت یک شار نور از محیط با یک شاخص انکساری بزرگ N 1 تا چهارشنبه با N 2

. (2.42)

بنابراین، اگر در ورودی شار نور در هسته فیبر، آن را بر روی مرز بخش با پوسته در زاویه ≥ θ از جمهوری قرقیزستان قطره، سپس این جریان تنها در داخل هسته توزیع می شود.

یکی از ویژگی های مهم فیبر، کاهش کارایی جریان رسم زمانی است که از طریق فیبر توزیع می شود. در حال حاضر، راهنماهای نور با کاهش ~ 1 db / km ایجاد شده است.

سوال این است که ما تمام وقت آن را طعم می دهیم: آیا می توان در محیط های گرمایش چند منظوره COMSOL به علت تعامل آنها با اشعه لیزر تغییر دهید؟ البته، پاسخ، بستگی به نوع کاری شما می خواهید تصمیم بگیرید، زیرا روش های مختلف مدل سازی مناسب برای وظایف مختلف است. امروزه ما در مورد رویکردهای مختلفی برای مدل سازی گرمایش مواد روشن با تابش لیزر بحث خواهیم کرد.

مقدمه ای بر مدل سازی تعامل تابش لیزر با یک ماده

با وجود این واقعیت که انواع مختلفی از منابع تابش لیزر وجود دارد، همه آنها شبیه به یکدیگر هستند اگر ما آنها را از نظر دیدگاه که آنها در خروج صادر می شوند، آنها را در نظر بگیریم. تابش لیزر در نزدیکی یک طول موج و یکپارچه متمرکز شده است. به عنوان یک قاعده، تابش خروجی نیز بر روی یک پرتو برش باریک متمرکز شده است. این منبع نور کم نور، منسجم و تک رنگ را می توان به عنوان یک منبع بسیار دقیق گرما در طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی، از جمله، و.

هنگامی که تابش لیزر وارد جامد می شود، بخشی از انرژی آن جذب می شود، منجر به گرمایش محلی می شود. البته مایعات و گازها (و پلاسما) نیز می توانند با لیزر ها بهبود یابند، اما گرمای مایعات تقریبا همیشه با اثرات قوی کنتراست همراه است. در این مقاله، ما را نادیده می گیریم و تمرکز بر گرمایش مواد جامد.

بدن های جامد می توانند تا حدی یا کاملا مبهم برای تابش در طول موج لیزر باشند. بسته به درجه شفافیت، رویکردهای مختلف برای مدل سازی یک منبع گرما لیزر قابل اجرا خواهد بود. علاوه بر این، لازم است به یاد داشته باشید که تمام مقیاس ها باید با طول موج تابش مقایسه شوند. برای توصیف تابش متمرکز و یک پرتو نسبتا گسترده، رویکردهای مختلف مورد نیاز است. اگر در ماده تعامل با پرتو حادثه، ویژگی های هندسی قابل مقایسه با طول موج وجود دارد، لازم است دقیقا دقیقا در نظر بگیریم که چگونه پرتو با این ساختارهای جزئی ارتباط برقرار می کند.

قبل از شروع به مدل سازی تعاملات تابش لیزر با یک ماده، ابتدا خواص نوری مواد را تعیین کنید، هر دو در طول لیزر وون و در محدوده مادون قرمز. شما همچنین باید بدانید که چگونه ابعاد نسبی اشیاء تحت حرارت و طول موج لیزر و پارامترهای پرتو قرار می گیرند. این اطلاعات در هنگام انتخاب یک رویکرد مناسب برای شبیه سازی کار شما مفید خواهد بود.

منابع سطح حرارت

در مورد یک طول موج مبهم مواد، یا نزدیک به آن، شما می توانید تابش لیزر را به عنوان یک منبع سطح گرما در نظر بگیرید. ساده ترین کار با عملکرد قدرت پرتو سپرده شده (قدرت پانچ اختصاص داده شده) (نشان داده شده در زیر)، که در نسخه انتقال حرارتی نسخه 5.1 از بسته چند فیزک COMSOL (ماژول انتقال حرارت) موجود است. علاوه بر این، شما همچنین می توانید به سادگی منبع سطح حرارت را به صورت دستی با استفاده از تنها هسته بسته Multiphysics Comsol، به عنوان.

منبع حرارت حرارتی نشان می دهد که انرژی پرتو در لایه ضخامت ضخیم ناچیز در مقایسه با اندازه شیء گرم جذب می شود. گام پارتیشن بندی MESH عناصر محدود باید فقط کافی باشد تا تغییرات میدان دما و ابعاد نقطه لیزر را در نظر بگیرد. اشعه لیزر خود را به صراحت مدل سازی نمی کند، و فرض بر این است که بخشی از تابش لیزر منعکس شده از مواد بازگشت به عقب نیست. هنگام استفاده از یک منبع سطح حرارت، شما باید به صورت دستی ضریب جذب مواد را بر روی طول موج لیزر تنظیم کنید و به همین ترتیب، قدرت تولید شده پرتو را تحت فشار قرار دهید.

ویژگی قدرت پرتو سپرده شده در ماژول انتقال حرارت استفاده می شود برای شبیه سازی دو پرتو لیزر عبور شده است. منبع سطح حاصل از گرما نشان داده شده است.

منابع حجمی گرما

در مورد مواد نیمه شفاف، بخش عمده ای از انرژی لیزر در داخل منطقه منتشر خواهد شد و نه بر روی سطح، و هر رویکرد باید به طور مناسب به اندازه های هندسی نسبی اشیا و طول موج وابسته باشد.

اپتیک هندسی

اگر اندازه اجسام گرما بسیار بزرگتر از طول موج است، اما تابش لیزر زمانی که عناصر نوری توزیع می شوند، همگرایی و واگرا می شوند، ممکن است در آینه ها منعکس شود، پس از آن عملکرد بهترین انتخاب خواهد بود. در این رویکرد، نور به عنوان یک پرتو از طریق جذب، همگن و ناهمگن منتشر می شود.
همانطور که تابش از طریق جذب مواد (به عنوان مثال، شیشه نوری) و تقاطع سطوح بخش، بخشی از انرژی برای گرم کردن مواد صرف می شود. جذب در حجم منطقه با استفاده از یک شاخص انکسار پیچیده مدل سازی شده است. در سطح بخش، ضریب انعکاس یا جذب می تواند مورد استفاده قرار گیرد. همه این خواص می تواند وابسته به درجه حرارت باشد. برای کسانی که علاقه مند به این رویکرد هستند، از برنامه های گالری ما نقطه شروع خوبی را ارائه می دهند.

بسته نرم افزاری لیزر توسط یک سیستم از دو لنز متمرکز شده است. لنزهای گرمایش به علت انتشار تابش لیزر یک شدت بزرگ، نقطه تمرکز را تغییر می دهد.

قانون Bueger - Lambert - Bera

اگر اندازه اشیاء گرم و نقطه لیزر بسیار بزرگتر از طول موج است، پس از آن Buger - Lambert مناسب برای مدل سازی جذب تابش در مواد است. این رویکرد نشان می دهد که پرتو تابش لیزر کاملا موازی و یک طرفه است.

هنگام استفاده از قانون Bugega-Lambert - Bera، ضریب جذب مواد و ضریب انعکاس از سطح باید شناخته شود. هر دو این ضرایب ممکن است توابع درجه حرارت باشند. تنظیم مناسب پارامترهای این مدل قبلا در مقاله وبلاگ ما "مدل سازی تعامل تابش لیزر با ماده بر اساس قانون Bugger - Lambert - Bera" توصیف شده است.

شما می توانید یک رویکرد مبتنی بر قانون Burger - Lambert - Bera استفاده کنید، اگر شدت تابش لیزر حادثه شناخته شده است و هیچ انعکاسی از نور داخل مواد و / یا از مرزهای جسم وجود ندارد.

گرمایش لیزر از بدن های جامد شفاف مدل سازی شده با کمک قانون Bugger - Lambert - Bera.

روش پرتو پاکت

اگر منطقه گرما بزرگ باشد، اما پرتو لیزر به شدت متمرکز شده در داخل آن، و نه اپتیک هندسی، و نه رویکرد مبتنی بر قانون Burger - Lambert-Bera نمی تواند به دقت محاسبه زمینه ها و تلفات انرژی در نزدیکی تمرکز را محاسبه کند. این روش ها به طور مستقیم معادله ماکسول را حل نمی کنند و به عنوان مجموعه ای از اشعه ها تفسیر می شوند. در دسترس، مناسب ترین انتخاب در این مورد است.

روش پاکت پرتو، سیستم معادلات ماکسول را حل می کند زمانی که دامنه بسته بندی موج یک تابع مختصات به آرامی در حال تغییر است. این رویکرد اگر تقریبا مقدار بردار موج را در محیط شبیه سازی شده و جهت تقریبی انتشار تابش شناخته شود، کار می کند. این مورد مربوط به مدل سازی، و همچنین ساختارهای موجبر، مانند یا رزوناتور حلقه است. از آنجا که جهت پرتو شناخته شده است، مش عناصر محدود می تواند به اندازه کافی در جهت انتشار قرار گیرد، در نتیجه کاهش هزینه های محاسباتی.

پرتو لیزر متمرکز در یک منطقه ماده با تقارن استوانه ای پخش می شود. شدت بر روی سطح ورودی و در امتداد محور نوری داخل منطقه، به صورت گرافیکی مطابق با شبکه تقسیم نمایش داده می شود.

روش پاکت پرتو را می توان با رابط ترکیب کرد با استفاده از یک اتصال چند منظوره منبع حرارت الکترومغناطیسی (منبع حرارت الکترومغناطیسی). این اتصال به طور خودکار هنگام اضافه کردن یک رابط نصب می شود در منو اضافه کردن فیزیک (اضافه کردن فیزیک).

رابط گرمایش لیزری (گرمایش لیزر) رابط ها را اضافه می کند پاکت های پرتو (پرتو پاکت) و انتقال حرارت در جامدات (انتقال حرارت در جامدات) و ارتباط چند فیزیکی بین آنها را ایجاد می کند.

رویکرد کامل موج

در نهایت، اگر ساختار گرما با طول موج قابل مقایسه باشد، لازم است سیستم معادلات ماکسول را بدون هیچ گونه فرضیه ای در مورد جهت انتشار تابش لیزر در فضای شبیه سازی حل کنیم. در این مورد، ما به یک رابط نیاز داریم امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس)که همچنین در ماژول ماژول ماژول اپتیک و در. علاوه بر این، ماژول فرکانس رادیویی شامل یک رابط است گرمایش مایکروویو (گرمایش مایکروویو) (رابط مشابه گرمایش لیزری (گرمایش لیزر) شرح داده شده در بالا) و رابط را متصل می کند با رابط انتقال حرارت در جامدات (انتقال حرارت در جامدات). با وجود نام، ماژول فرکانس رادیویی و رابط گرمایش مایکروویو (گرمایش مایکروویو) مناسب برای مدل سازی

یک رویکرد کامل موج نیاز به پارتیشن بندی مش عنصر محدود لازم برای حل طول موج تابش لیزر دارد. از آنجا که پرتو می تواند در هر جهت از بین برود، شبکه باید نسبت به اندازه سلول ها کاملا همگن باشد. مثال خوبی با استفاده از رابط امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس) است:، همانطور که در زیر نشان داده شده است.

حرارت دادن تابش لیزر نانووس طلا. از دست دادن تابش در حوزه و اندازه میدان الکتریکی اطراف آن مطابق با شبکه تقسیم نمایش داده می شود.

مدل سازی انتقال حرارت، انتقال و دوباره انرژی در داخل و اطراف مواد

شما می توانید از هر یک از پنج رویکرد قبلی برای شبیه سازی انتشار انرژی از منبع لیزر در مواد جامد حالت استفاده کنید. مدل سازی درجه حرارت و جریان گرما داخل و اطراف مواد علاوه بر این نیاز به یک رابط انتقال حرارت در جامدات (انتقال حرارت در جامدات). موجود در هسته بسته نرم افزاری، این رابط برای مدل سازی انتقال حرارت در جامدات و وظایف شرایط مرزی مربوطه در نظر گرفته شده است: دمای ثابت، یک مرز حرارتی حرارتی یا حضور جریان گرما از طریق آن. رابط همچنین شامل شرایط مرزی مختلف برای مدل سازی انتقال حرارت حرارتی به فضای اطراف یا مایع، و همچنین خنک سازی شعاعی (به دلیل تابش) به محیط با درجه حرارت شناخته شده است.

اگر مواد مورد نظر برای اشعه لیزر شفاف باشند، به احتمال زیاد، به احتمال زیاد، آن را نیز به طور جزئی برای تابش حرارتی (مادون قرمز) شفاف است. این تابش مادون قرمز منسجم نخواهد بود، بنابراین ما نمی توانیم از هر یک از رویکردهای فوق برای توصیف مجدد انرژی در رسانه های شفاف استفاده کنیم. در عوض، ما می توانیم یک رویکرد برای تابش در محیط های توزیع شده استفاده کنیم. این روش برای شبیه سازی تبادل گرما در مواد طراحی شده است که در آن جریان حرارتی قابل توجهی در داخل مواد به علت فرآیند تابش وجود دارد. یک نمونه از چنین رویکردی از برنامه های گالری ما می تواند باشد.

نتیجه

در این مقاله، ما روش های مختلف موجود در محیط چند منظوره COMSOL را برای شبیه سازی گرمای لیزر مواد حالت جامد در نظر گرفتیم. رویکردهای سطح و حجمی ارائه شده، همراه با یک مرور کلی از امکانات مبادله حرارتی مدل سازی ارائه شده است. تا کنون، ما تنها گرمای یک ماده جامد حالت را در نظر گرفتیم که در حالت فاز آن تغییری نمی کند. مایعات گرمایش و گازها - و مدل سازی انتقال فاز - در مقالات بعدی این وبلاگ در نظر گرفته می شود. گوش به زنگ باشید!