دوره 15، شماره 1 - ( لیزر در پزشکی 1397 )
جلد 15 شماره 1 صفحات 10-15 |
برگشت به فهرست نسخه ها
دانشکدۀ فیزیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران
چکیده: (3746 مشاهده)
مقدمه: امروزه، منابع نور ابرپایستار کاربردهای متنوعی در تکنولوژی و پزشکی به دست آورده‌اند به ویژه هنگامی که این منابع شامل ناحیۀ مادون قرمز از طیف الکترومغناطیس باشند. معمولاً این منابع برای تشخیص سرطان، بهبود زخم‌ها، سوزاندن بافت ها، تحریک عصبی برای درمان و بهبود برخی از بیماری‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. رﻓﺘﺎر ﻏﯿﺮﺧﻄﯽ در برهمکنش نور با ماده، فیزیک حاکم بر منابع نوری ابرپایستار را توصیف می کنند. به طور کلی تقریباً تمام مواد قابلیت بروز رفتار غیرخطی را دارند. اما شدت میدان الکترومغناطیسی عبوری از آنها باید به اندازۀ کافی بالا باشد. البته این شدت برای هر ماده متغیر است. بنابراین مبنای نظری فرآیندهایی که در تولید طیف ابرپایستار حضور دارند، با اپتیک غیرخطی بیان میشود.
روش بررسی: برهمکنش پالس لیزر با دیالکتریک (ماده) به ویژه پالس‌هایی که فوق کوتاه هستند و توان بالایی دارند، باعث میشود خواص غیرخطی و پاسخ تأخیری دیالکتریک (ماده) بروز پیدا کنند. طیف ابرپایستار که از برهمکنش پدیده‌های غیرخطی و پاشنده ایجاد شده است با معادلۀ شرودینگر غیرخطی تعمیم‌یافته توصیف میشود. در این مقاله فرآیند تولید نور ابرپایستار در تار ویندمیل تک کریستال سافایر تک مد هنگامی‌که پالس لیزر با توان قلۀ بالا به آن وارد میشود، مورد بررسی قرار می گیرد. با استفاده از معادلات ماکسول در نظریۀ کلاسیکی امواج الکترومغناطیسی، معادلۀ غیرخطی شرودینگر تعمیم یافته به دست می آید. برای بررسی فرآیند تولید نور ابرپایستار توسط تار ویندمیل تک کریستال سافایر تک مد، این معادله که فرآیند تولید ابرپایستار را توضیح می‌دهد به‌صورت عددی با الگوریتم رونگ- کوتای مرتبۀ چهارم حل میشود.
یافته ها: طیف ابرپایستار خروجی برای طول 5 و20 سانتی‌متر از تار ویندمیل تک کریستال سافایر تک مد شبیه‌سازی شده و نتایج نشان می‌دهند که طیف نور ابرپایستار تولیدشده در مقایسه با یک مورد مشابه برای تار معمولی تک کریستال سافایر تا دو برابر میشود. ضمناً طیف خروجی ایجادشده شامل شانه‌های فرکانسی نزدیک به هم در محدودۀ وسیعی می‌باشد. نتایج نشان می‌دهند که طیف ابرپایستار ایجادشده به طور کامل ناحیۀ مادون قرمز نزدیک را پوشش می‌دهد و بخشی از ناحیۀ مرئی و ناحیۀ مادون قرمز میانی را دربرمی‌گیرد. همچنین نشان داده شده است که طول تار نوری بر طیف ابرپایستار تولید شده مؤثر است.
بحث: با توجه به پالس لیزر و پارامترهای مشخصۀ تار ویندمیل، در این مقاله اساس کار برای شبیه‌سازی تولید طیف نور ابرپایستار در این تار حل عددی معادلۀ غیرخطی شرودینگر تعمیم یافته بود. در حل عددی هر معادلۀ دیفرانسیل باید الگوریتمی انتخاب شود که جواب به دست آمده پایدار، دقیق و همگرا باشد. نشان داده شد که الگوریتم رونگ- کوتای مرتبۀ چهار برای حل معادلۀ غیرخطی شرودینگر تعمیم یافته مناسب است. با استفاده از این الگوریتم، طیف خروجی از تار ویندمیل برای دو طول منتخب شبیه‌سازی شد. همچنین نتایج به دست آمده برای تار ویندمیل با نتایجی که برای تار نوری معمولی وجود دارد، مقایسه گردید.
نتیجه گیری: نشان داده شد که طیف ابرپایستار شبیه سازی شده در این تحقیق، به دلیل هندسۀ خاص و ویژگی های اپتیکی تار ویندمیل تک کریستال سافایر دارای پهنای فرکانسی بسیار گسترده به ویژه در ناحیۀ مادون قرمز است. با استفاده از فیلترهای مناسب می توان فرکانس مورد نیاز را از دیگر فرکانس‌ها برای کاربردهای مختلف جداسازی کرد. درحالی‌که از یک لیزر استفاده میشود گسترۀ وسیعی از فرکانس‌ها در اختیار کاربران قرار میگیرد. بنابراین این منبع نور مادون قرمز برخی از درمان‌های پزشکی و همچنین طیف‌نگاری در ناحیۀ مادون قرمز را تسهیل می‌کند و شانه های فرکانسی ایجادشده در آن اندازه‌گیری فرکانس نوری در محدودۀ مادون قرمز را توسعه می‌دهد.
روش بررسی: برهمکنش پالس لیزر با دیالکتریک (ماده) به ویژه پالس‌هایی که فوق کوتاه هستند و توان بالایی دارند، باعث میشود خواص غیرخطی و پاسخ تأخیری دیالکتریک (ماده) بروز پیدا کنند. طیف ابرپایستار که از برهمکنش پدیده‌های غیرخطی و پاشنده ایجاد شده است با معادلۀ شرودینگر غیرخطی تعمیم‌یافته توصیف میشود. در این مقاله فرآیند تولید نور ابرپایستار در تار ویندمیل تک کریستال سافایر تک مد هنگامی‌که پالس لیزر با توان قلۀ بالا به آن وارد میشود، مورد بررسی قرار می گیرد. با استفاده از معادلات ماکسول در نظریۀ کلاسیکی امواج الکترومغناطیسی، معادلۀ غیرخطی شرودینگر تعمیم یافته به دست می آید. برای بررسی فرآیند تولید نور ابرپایستار توسط تار ویندمیل تک کریستال سافایر تک مد، این معادله که فرآیند تولید ابرپایستار را توضیح می‌دهد به‌صورت عددی با الگوریتم رونگ- کوتای مرتبۀ چهارم حل میشود.
یافته ها: طیف ابرپایستار خروجی برای طول 5 و20 سانتی‌متر از تار ویندمیل تک کریستال سافایر تک مد شبیه‌سازی شده و نتایج نشان می‌دهند که طیف نور ابرپایستار تولیدشده در مقایسه با یک مورد مشابه برای تار معمولی تک کریستال سافایر تا دو برابر میشود. ضمناً طیف خروجی ایجادشده شامل شانه‌های فرکانسی نزدیک به هم در محدودۀ وسیعی می‌باشد. نتایج نشان می‌دهند که طیف ابرپایستار ایجادشده به طور کامل ناحیۀ مادون قرمز نزدیک را پوشش می‌دهد و بخشی از ناحیۀ مرئی و ناحیۀ مادون قرمز میانی را دربرمی‌گیرد. همچنین نشان داده شده است که طول تار نوری بر طیف ابرپایستار تولید شده مؤثر است.
بحث: با توجه به پالس لیزر و پارامترهای مشخصۀ تار ویندمیل، در این مقاله اساس کار برای شبیه‌سازی تولید طیف نور ابرپایستار در این تار حل عددی معادلۀ غیرخطی شرودینگر تعمیم یافته بود. در حل عددی هر معادلۀ دیفرانسیل باید الگوریتمی انتخاب شود که جواب به دست آمده پایدار، دقیق و همگرا باشد. نشان داده شد که الگوریتم رونگ- کوتای مرتبۀ چهار برای حل معادلۀ غیرخطی شرودینگر تعمیم یافته مناسب است. با استفاده از این الگوریتم، طیف خروجی از تار ویندمیل برای دو طول منتخب شبیه‌سازی شد. همچنین نتایج به دست آمده برای تار ویندمیل با نتایجی که برای تار نوری معمولی وجود دارد، مقایسه گردید.
نتیجه گیری: نشان داده شد که طیف ابرپایستار شبیه سازی شده در این تحقیق، به دلیل هندسۀ خاص و ویژگی های اپتیکی تار ویندمیل تک کریستال سافایر دارای پهنای فرکانسی بسیار گسترده به ویژه در ناحیۀ مادون قرمز است. با استفاده از فیلترهای مناسب می توان فرکانس مورد نیاز را از دیگر فرکانس‌ها برای کاربردهای مختلف جداسازی کرد. درحالی‌که از یک لیزر استفاده میشود گسترۀ وسیعی از فرکانس‌ها در اختیار کاربران قرار میگیرد. بنابراین این منبع نور مادون قرمز برخی از درمان‌های پزشکی و همچنین طیف‌نگاری در ناحیۀ مادون قرمز را تسهیل می‌کند و شانه های فرکانسی ایجادشده در آن اندازه‌گیری فرکانس نوری در محدودۀ مادون قرمز را توسعه می‌دهد.
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |