تبلیغات
فیزیک دانشگاه شیراز - رشته های لیزر گذار فاز را تجربه می‌كنند
 
وَمَا خَلَقْنَا السَّمَاءَ وَالْأَرْضَ وَمَا بَیْنَهُمَا بَاطِلًا
فیزیک دانشگاه شیراز
صفحه نخست         تماس با مدیر         پست الکترونیک        RSS         ATOM
 
 

پرتوی لیزر توان بالایی كه در هوا منتشر می‌شود را می‌توان به جای یك تكه نگه داشتن، به «رشته‌های» كوچكی تقسیم كرد. بر طبق تحلیل جدیدی از رشته‌‌سازی (filamentation) لیزر در مجموعه‌ای از چندین رشته، گذار فازی وجود دارد كه مشابه با اتفاقی است كه برای آب نفوذكننده به دانه‌های قهوه رخ می‌دهد. عمل رشته‌سازی در لیزرهای مورد استفاده برای هدایت آذرخش یا كاوش اتمسفر به كار می‌آید و درك این گذار، بالقوه می‌تواند در كنترل آن مفید واقع شود.

W. Ettoumi et al., Phys. Rev. Lett. (2015)

ارتباط بین نقاط. سطح مقطع پالس لیزر شبیه سازی شده در فاصله 7/11 متر از منبع آن، چندین جزیره یا «خوشه» از رشته‌های متصل به هم را نشان می‌دهد. خوشه‌ها بر حسب اندازه رنگ آمیزی شده‌اند به طوری كه بزرگترین خوشه‌ها قهوه‌ای و كوچكترین‌ها آبی تیره هستند. در این حالت، تك خوشه‌ای كه از یك سو به سوی دیگر كشیده شده باشد وجود ندارد.

وقتی لیزر با شدت بالا با هوا برهمكنش می‌كند، می‌تواند خود به خود به صورت رشته‌ای حول هسته‌ی نازك پلاسما متمركز(focus) شود. در صورتی كه توان به حد كافی باشد، پالس نور در آغاز به صورت تك پرتو است اما پس از آن به چندین رشته كه ناپایدار هستند تقسیم می‌شود. با حركت پالس، این رشته‌ها در نقاط مختلفی از سطح مقطع پرتو ناپدید و دوباره ظاهر می‌شوند. درك چگونگی تشكیل این رشته‌ها و اینكه چگونه روی شارش الكتریسیته در پلاسمای بین رشته‌ها اثر می‌گذارد، برای استفاده‌ از رشته‌ها در كنترل آذرخش و هدایت امواج نور در مخابرات راه دور اهمیت دارد.

در مطالعه‌ی انجام شده بر چند رشته شدن، گروهی به سرپرستی جین-پی‌یر ولف Jean-Pierre Wolf از دانشگاه جنووآ پی بردند كه مجموعه‌ی رشته شده (همانطور كه در سطح مقطع دیده می‌شود) مشابه با نفوذ مایع به درون قهوه یا سایر مواد متخلخل است. این پژوهشگران اطلاعات حاصل از آزمایش پیشینی را كه در آن رشته‌سازی پالس‌های لیزر 100 تراوات با استفاده از كاغذ فوتوگرافی ثبت شده بود بررسی كردند‌[1]. وقتی كاغذ نزدیك به منبع قرار داشت، لیزر قسمتی گرد و یكنواخت از كاغذ را می‌سوزاند اما در فاصله‌ای در حدود پنج متر، سطح مقطع شروع به «گلوله شدن» كرده و به طرح لكه‌داری با فضاهای خالیِ كم شدت تبدیل می‌شد. نهایتاً در فواصل دورتر، ناحیه‌ی سوخته شده به جزایر دراز و پرشدت یا «خوشه‌هایی» تقسیم می‌شد كه حول یكدیگر می‌پیچیدند (فیلم را ببینید). این جزایر نواحی‌ای را نشان می‌دادند كه چندین رشته تشكیل شده بود.

W. Ettoumi et al., Phys. Rev. Lett. (2015)

این شبیه سازی كامپیوتری تشكیل رشته‌های لیزر را در سطح مقطع پالس لیزری كه از هوا می‌گذرد با مسافت انتشار مشخص شده در سمت چپ بالا نشان می‌دهد. در آغاز، نواحی با شدت بالا یك سمت را به سمت دیگر متصل می‌كند(حالت نفوذ كننده)، اما با حركت پالس این خوشه‌ها تا آنجا به هم نزدیك می‌شوند كه همه‌ی مسیرهای نفوذ ناپدید شوند. این امر حاكی از یك گذار فاز است.

مواد متخلخل می‌توانند ساختار مشابهی داشته باشند. اگر ماده را برش بزنید، می‌توانید حفره‌هایی را ببینید كه شبیه «جزیره‌ها» در سطح مقطع لیزر است. چنانچه این حفره‌ها مسیر متصل به یکدیگر پیوسته ای را شكل دهند آنگاه آب می‌تواند در آن جریان یافته یا از سمتی به سمت دیگر «نفوذ» كند. تحقیقات قبلی نشان داده است كه اگر تخلخل ماده را به تدریج زیاد كنید، یك گذار فاز ناگهانی از عدم نفوذ به نفوذ اتفاق می‌افتد. نسخه‌ی دو بعدی از این رفتار گذری شبیه به گسترش بیماری در یك جمعیت یا جهت‌گیری مجموعه‌ای از اسپین مغناطیسی اتم‌ها یا الكترون‌هاست.

با استفاده از نظریه‌ی نفوذ به عنوان اصل پایه، ولف و همكارانش اطلاعات رشته‌ی لیزری را بر حسب شبكه‌ی دو بعدی تحلیل كردند. اگر در بخشی از شبكه شدت لیزر از آستانه‌ی مشخصی بالاتر بود، به آن برچسب «پر» زده می‌شد. گروه نشان داد كه ضریب پرشدگی- یعنی نسبت جاهای پر به خالی- به طور یكنواخت با فاصله‌ی انتشار كم می‌شود. آن‌ها همچنین نشان دادند كه «احتمال نفوذ» (احتمال اینكه جاهای پر به هم راه داشته باشند) در ضریب 48% به طور ناگهانی از یك به صفر افت می‌كند و مسافت انتشار متناظر با آن حدود 11 متر است. پس گذار فاز در این فاصله رخ می‌دهد. با كمك شبیه ‌سازی‌های رایانه‌ای، محققان این گذار فاز را به طور ریاضی توصیف كرده و مشابهت‌هایی با نفوذ سیال به درون مواد متخلخل یافتند. اگرچه تفاوت‌هایی هم بین رشته‌ها و رفتار نفوذی وجود داشت كه به عقیده‌ی واب اِتومی Wahb Ettoumi از اعضای تیم ناشی از این است كه خوشه‌های رشته‌ای نوعاً اندازه‌ی 2 میلیمتر مربع دارند در حالی اندازه‌ی خوشه‌های نفوذ دارای بازه‌ی وسیعی است. مقایسه با نفوذ، می‌تواند به پژوهشگران در ساخت‌ رشته‌های لیزر برای كنترل آذرخش یا سایر استفاده‌ها كمك كند زیر ا ارتباط بین رشته‌ها بر رسانایی بلندبرد پلاسما در مركز هر رشته اثر می‌گذارد. مزیت رشته‌های لیزر این است كه گذار فاز را می‌توان مستقیماً دید برخلاف مثلاً مواد مغناطیسی كه رفتار شبه نفوذی اسپین‌ها در تراز میكروسكوپی اتفاق می‌افتد. اِتومی قصد دارد از رشته‌های لیزر برای مطالعه‌ی چگونگی واكنش چنین سیستم‌هایی در مقابل افت و خیزها استفاده كند.

دنیل فاچیو Daniele Faccioاز دانشگاه هریت-وات در انگلستان می‌گوید، «ارتباط چندین رشته به گذار‌ فاز مسلماً مهم است. از یك سو سیستم جدیدی را در اختیار ما قرار می‌دهد كه با آن می‌توانیم این نوع از گذار فازها‌ و نفوذ را بررسی كنیم و از سوی دیگر ابزار جدیدی برای درك، تحلیل و احتمالاً كنترل رشته سازی است».





نوع مطلب :
برچسب ها :
لینک های مرتبط :


پنجشنبه 14 اردیبهشت 1396 12:09 ق.ظ
Nice blog here! Also your website loads up fast! What
web host are you using? Can I get your affiliate link to your host?
I wish my website loaded up as quickly as yours lol
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر
نظرات پس از تایید نشان داده خواهند شد.


درباره وبلاگ


مدیر وبلاگ : اسماعیل مخلصی
نظرسنجی
دوست دارید در کدام زمینه فیزیک فعالیت کنید؟








دوست دارید در کدام زمینه فیزیک فعالیت کنید؟








دوست دارید در کدام زمینه فیزیک فعالیت کنید؟








جستجو

آمار وبلاگ
کل بازدید :
بازدید امروز :
بازدید دیروز :
بازدید این ماه :
بازدید ماه قبل :
تعداد نویسندگان :
تعداد کل پست ها :
آخرین بازدید :
آخرین بروز رسانی :