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

به منظور بررسی و تحلیل طیف اجرام نجومی با در نظر گرفتن فاصله کانونی عدسی چشمی تلسکوپ و محل قرارگیری فیبرنوری طیف سنج و نوع آن ها ابزار اتصالی بین تلسکوپ و طیف سنج فیبرنوری طراحی و ساخته شد. سپس طیف چند جرم نجومی نظیر خورشید، مشتری، ماه و ستاره ی شعرای یمانی در چندین نوبت ثبت شد. برای بررسی و تحلیل طیف های ثبت شده ابتدا با برازش نمودار تابع توزیع پلانک و نمودار طیف های ثبت شده با استفاده از دو برنامه ‎matlab‎ وtable curve‎ و قانون جابه جایی وین (محاسبه ی دمای شدت بیشینه) دمای هر یک از طیف های حاصل را محاسبه نموده و با نتایج قبلی مقایسه شد که با خطای اندکی ‎‎که ناشی از اتمسفر و جذب تلسکوپ است‏، مطابقت دارد. سپس نقاط جذبی طیف های ثبت شده با نتایج طیفی مرکز اخترفیزیک هاروارد اسمیتسونین kurucz ‎ مقایسه گردید. در این مورد هم توافق خوبی را نشان می دهد. برای بهبود طیف های ثبت شده‏، منحنی طیف جذبی ادوات اپتیکی تلسکوپ و نمودار بازدهی کوانتومی طیف سنج با استفاده از داده های طیفی در مرکز اخترفیزیک هاروارد اسمیتسونین محاسبه شد. با استفاده از این دو نتیجه طیف های ثبت شده را اصلاح نمودیم. در انتها عنصرهای موجود در این اجرام به کمک طول موج های مشخصه ای موجود در طیف ها تعیین گردید.

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

در سالهای اخیر، حسگرهای فیبر نوری با توری براگ (fbg) تحول عظیمی در زمینه حسگرهای فیبر نوری ایجاد کرد. اندازه کوچک، وزن سبک، کدگذاری ذاتی طول موجی و ایمنی در برابر تداخل های الکتریکی-مغناطیسی از مزایای حسگرهای fbg نسبت به حسگرهای فیبر نوری معمولی است. در این پایان نامه مدل سازی و تحلیل تئوری حسگرهای دمایی فیبر توری براگ با روکش فلزی مورد بررسی قرار گرفته است. در حسگرهای فیبر توری براگ، دوره تناوب توری و ضریب شکست موثر فیبر در اثر تغییر پارامتر فیزیکی تغییر می کنند، که سبب جابه جایی طول موج براگ می شود. دقت اندازه گیری به میزان جابه جایی طول موج براگ بستگی دارد. طیف بازتابی توری براگ با استفاده از روش ماتریس انتقال تحلیل و تأثیر مشخصات ساختاری توری از جمله اختلاف ضریب شکست، طول توری، تأثیر ایجاد انتقال فاز و نیز توری با ساختار نامنظم مورد بررسی قرار گرفته است. در مرحله بعدی عملکرد حسگر fbg با روکش فلزی با جنس، تعداد و ضخامت و نیز مشخصات خود فیبر مانند ضریب شکست موثر فیبر و قطر فیبر توری براگ مورد بررسی قرار گرفته است. نتیجه های نظری بدست آمده در تطابق کامل با کارهای تجربی گزارش شده است. در پایان با استفاده از نتایج بدست آمده یک حسگر دمایی فیبر توری براگ با مشخصات بهینه ارائه شده است. مدل سازی با استفاده از نرم افزار matlab انجام گرفته است. هم چنین مدل جدیدی برای اندازه گیری دمای محیط هایی با گرادیان دما با درنظر گرفتن عملکرد توری نامنظم ارائه شده است.

پلاسمای القایی لیزری معمولا با پارامترهای اصلی آن نظیر دما، چگالی الکترونی و چگالی گونه های مختلف موجود در آن شناخته و بررسی می شود. اثرات خودجذبی در بیناب نگاری نشری در سال های اخیر به دلیل اهمیت آن به ویژه در تعیین دمای پلاسما و بنابراین غلظت سنجی موضوع بسیاری از بررسی ها است و روش های گونه گونی برای تصحیح این اثر در شدت خط گسیلی به کار برده شده است. لذا محسوب نمودن و تصحیح اثرات خودجذبی بسیار مورد توجه و ضروری است.‎ در کار حاضر‏، اثر خودجذبی در شدت مشخصه خطوط گسیلی و بنابراین دمای میکروپلاسمای حاصل از دو نمونه سکه طلا و پوست دباغی شده محاسبه و تصحیح شده است. به علاوه در این پروژه مقایسه ای بین بیناب گسیلی القایی لیزری حاصل از چند نوع پو.ست دباغی مربوط به دام هایی با سن های مختلف مورد استفاده در صنعت چرم به منظور تعیین کیفیت انجام شد. هم چنین توانستیم با توجه به این که پوست یک نمونه زیستی است، در بیناب حاصل از آن‏، خطوط ملکولی سیانید‎ ‎cn‎ و ملکول کربن c2 که شناسه نمونه های زیستی می باشند‏ را نیز مشخص کنیم. نتایج این پروژه به صورت سه مقاله در همایش های داخلی ‎‎شامل -بررسی کیفی مواد در صنعت به روش بیناب نمایی شکست لیزری و مادون قرمز - محاسبه اثر خودجذبی در اندازه گیری های فروشکست القایی لیزری - بررسی و تشخیص کیفیت پوست دباغی شده در صنعت چرم به روش اپتیکی و یک مقاله isi ‎در حال ارسال می باشد.

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

بیناب سنجی شکست القایی لیزری یک روش بیناب سنجی گسیل اتمی است که به منظور بررسی کیفی و کمی عناصر تشکیل دهنده ی مواد از جمله فلزات سنگین، مورداستفاده قرار می گیرد. در این روش، ابتدا تپ لیزری بر روی سطح هدف متمرکزشده و میکرو پلاسمای لیزری تشکیل می شود. از آن جا که طول موج های هر عنصر مانند اثر انگشت یکتا و منحصر به فرد است، پس از ثبت تعداد زیادی بیناب و نیز اندازه گیری و محاسبه ی داده های خط های اتمی و یونی هر بیناب، عناصر هر نمونه شناسایی شده و غلظت آن ها با استفاده از روش های مختلف فراکافت کمی به-دست می آید. مزیت هایی از قبیل ابزار و تجهیزات نسبتاً ارزان، صرف زمان و هزینه ی کم به منظور آماده سازی نمونه، فراکافت بی درنگ و درجا، عدم آماده سازی نمونه، طبیعت غیر مخرب و غیر تماسی آن سبب شده که استفاده از این روش جهت تجزیه و تحلیل کمی و کیفی عنصری مواد مختلف بسیار مورد توجه قرار گیرد. همان طور که می دانیم به غیر از تعداد محدودی از فلزات سنگین (مانند آهن، روی، منیزیم و... ) که به مقدار ناچیزی برای فعالیت های بیولوژیکی سلول ها و عملکرد طبیعی بدن ضروری می باشند، سایر فلزات سنگین (مانند جیوه، سرب، آرسنیک و...) حتی به مقدار کم، برای بدن مضر می باشند. در آلیاژهای برنج عناصری از قبیل مس، روی، سرب و غیره می باشد که مقدار عناصر فلزی سنگین در آن ها از اهمیت بالایی برخوردار است. بنابراین با فراکافت کمی از طریق روش بیناب نگاری شکست القایی بدون واسنجی، مقدار این عناصر مشخص می شود. در این پروژه به شناسایی و بررسی کمی فلزات سنگین در نمونه ی آلیاژهای برنج شیرآلات می پردازیم. همچنین به منظور فراکافت کمی از عناصر تشکیل دهنده، پارامترهای چگالی الکترون و دمای پلاسما، محاسبه گردید. از نتایج به دست آمده می توان استنباط کرد عوامل مختلفی از جمله ناهمگنی نمونه، خودجذبی و شرط تعادل ترمودینامیکی موضعی (lte) درستی و دقت محاسبات را تحت تأثیر قرار می دهد و از درجه اهمیت بالایی برخوردار می باشند.

libs یک روش بیناب سنجی گسیل اتمی است که با متمرکزکردن نور لیزر بر روی سطح ماده و ایجاد میکروپلاسمای لیزری مورد بررسی قرار می گیرد. با توجه به این که هر عنصر تشکیل دهنده ی ماده، طول موج های گذار منحصر به فرد خود را دارا می باشد، شناسایی و فرا کافت کیفی، با اندازه گیری این طول موج ها انجام می شود و این درحالی است که اندازه گیری شدت های خطوط بینابی فراکافت کمی و غلظت سنجی را میسر می سازد. در دندان پزشکی از آمالگام به دلایل متعددی از جمله مطابقت ضریب انبساط حجمی آن با دندان و انعطاف پذیری آن، برای پرکردن دندان استفاده می شود. در واقع آمالگام ترکیبی از چند آلیاژ پودری با جیوه است که تحقیقات نشان می دهد جیوه ی سمی موجود در آن می تواند وارد بدن شود. در این پروژه شناسایی و غلظت سنجی عناصر موجود در آمالگام با ایجاد میکرو پلاسمای لیزری مورد مطالعه قرار می گیرد. بررسی ها نشان می دهد که آمالگام، حاوی عناصری از قبیل جیوه، نقره، قلع و مس می باشد. به منظور فراکافت کمی عناصر تشکیل دهنده، پارامتر های چگالی الکترون و دمای پلاسمای ایجادشده، محاسبه می گردد. غلظت های عناصر به دست آمده از طریق محاسبات معمول با استفاده از نتایج آزمایش و مقایسه ی آن با مقادیر مورد تأیید کارخانه ی سازنده، اختلاف قابل توجه ای را نشان می دهد. مطالعه و بررسی های دقیق، دلالت بر آن دارد که عوامل مختلفی موجب این اختلاف می باشند که مهم ترین آن ها عبارتند از: اثر خودجذبی، هم پوشانی خطوط بینابی مورداستفاده در محاسبه، برقرار نبودن تعادل ترمودینامیکی موضعی و ناهمگنی نمونه. برای برطرف کردن اثر ناهمگنی، نقاط مختلف سطح هر کدام چندین بار مورد کاوش قرار می گیرد و با استفاده از میانگین بیناب های به دست آمده فرا کافت کمی انجام می شود. ازآنجا که بیناب سنجی شکست القایی لیزری به طور کلی از تکرار پذیری کمی برخوردار است، همواره می بایست میانگین گیری بر روی بیناب هایی انجام شود که تا حد ممکن در شرایط آزمایشگاهی یکسانی ثبت می شوند.

بیناب نگاری میکروپلاسمای لیزری یک روش بیناب نگاری گسیل اتمی است که از پالسهای لیزری با توان بالا برای برانگیختگی استفاده می شود. برهم کنش بین پالس لیزر و نمونه، به ایجاد یک محیط پلاسمایی منجر می گردد. در طی سرد شدن پلاسما بیناب حاصل از گسیل پیوستار و گسیل اتمی و یونی که شامل اطلاعات قابل توجه ای از مشخصات عناصر تشکیل دهنده ی نمونه است، ثبت می شود و سپس با استفاده از اطلاعات موجود و نیز تجزیه وتحلیل بیناب فوق عنصرسنجی و درنهایت غلظت سنجی انجام می گیرد. عوامل متعددی (مانند هم پوشانی خطوط طیفی، اثر خودجذبی، تکرارناپذیری آزمایش و ....) در اندازه گیری دقیق غلظت عناصر با استفاده از این روش موثر می باشد که در این پروژه ضمن مطالعه ی دقیق روش های محاسباتی موجود برای به دست آوردن غلظت عناصر با استفاده از نتایج آزمایشگاهی حاصل از میکروپلاسمای لیزری، تأثیر پدیده ی خودجذبی نیز به طور ویژه مورد مطالعه و بررسی قرار می گیرد. وقتی اتم های یک عنصر برانگیخته می شوند و به تراز بالاتر می روند هنگام فروافت، فوتون از خودشان گسیل می کنند که این فوتون گسیلی می تواند بار دیگر توسط اتم های همان عنصر جذب شود. بنابراین در این شرایط نور تابش شده توسط اتم های برانگیخته به طور کامل به آشکارساز نمی رسد. به این پدیده، خودجذبی می گویند که این موجب پهن شدگی و کاهش شدت خط طیفی مربوطه می شود. در این پروژه با درنظرگرفتن تصحیحات مربوط به خودجذبی، خطوط طیفی اندازه گیری شده مورد بررسی قرار می گیرد.

بیناب نگاری فروشکست القایی لیزری یک روش بیناب نگاری گسیل اتمی است که به منظور بررسی کیفی و کمی عناصر تشکیل دهنده مواد مورد استفاده قرار می گیرد. مزیت هایی از قبیل ابزار و تجهیزات ساده و نسبتاً ارزان، تحلیل آنی در محل، عدم آماده سازی نمونه و طبیعت غیر مخرب آن سبب شده که استفاده از این روش جهت تجزیه و تحلیل کمی و کیفی عنصری مواد مختلف بسیار مورد توجه قرار گیرد. در اندازه گیری های کمی در libs معمولاً غلظت هر عنصر با اندازه گیری شدت خط گسیل یافته از آن عنصر مورد نظر با فرض نازک بودن پلاسما از نظر اپتیکی، تعیین می شود. لیکن وجود خود جذبی در برخی از خط های گسیلی ناشی از مرکز داغ پلاسما و جذب دوباره در ناحیه سردتر در نزدیکی مرز پلاسما موجب خطا در تعیین شدت این خط ها می شود. در اندازه گیری های کمی دقیق به روش libs، محسوب نمودن و تصحیح اثرات خودجذبی در شدت خط های گسیلی الزامی است. در این پروژه به شناسایی و بررسی کمی آلیاژهای برنج شیرآلات می پردازیم. همان طور که می دانیم به غیر از تعداد محدودی از فلزات سنگین (مانند آهن، روی، منیزیم و...) که به مقدار ناچیز برای فعالیت های بیولوژیکی سلول ها و عملکرد طبیعی بدن ضروری می باشند، سایر فلزات سنگین (مانند جیوه، سرب، آرسنیک و...) حتی به مقدار کم، برای بدن مضر می باشند. در آلیاژ برنج عناصری از قبیل مس، روی، سرب و غیره می باشد که مقدار عناصر فلزی سنگین در آن ها از اهمیت بالایی برخوردار است. بنابراین با اندازه گیری های کمی از روش بدون کالیبراسیون (cf-libs) مقدار این عناصر مشخص می شود. همچنین به منظور اندازه گیری کمی دقیق از عناصر تشکیل دهنده، اثر خودجذبی در شدت مشخصه خطوط گسیلی به روش irsac تصحیح شد و برای هر سه نمونه آلیاژ برنج مورد استفاده عمومی در صنعت و زندگی روزمره غلظت عناصر محاسبه شد.

خواص اتمی یک ماده ممکن است به طور قابل توجهی با حالت توده ایش فرق کند. هدف از توسعه نانوفناوری بهره برداری از ساختارهای مختلف می باشد. مزیت اصلی استفاده از لیزرهای با توان بالا در سنتز نانوذرات، افزایش میزان ماده کنده شده و نرخ تولید بیشتر نانوذرات است. این تحقیق نانوذرات نقره در محلول nacl را تولید می کنیم و نانوذرات ساخته شده را مشخصه یابی می کنیم. تولید نانو ذره به روش کندوسوذ لیزری است به این ترتیب که هدف نقره خالص را در محلول نمک طعام تحت تابش با لیزر قرار می دهیم.

بااستفاده از بینابنگاری میکروپلاسمای القای لیزری(libs)بررسی کیفی و کمی کالای صنعتی ایزوگام صورت گرفت. در این بررسی از معیار کمی شدت نسبی جمعی (cir)استفاده شد.در این کار شیره ایزوگام نمونه های پنج شرکت مختلف و شناخته شده بررسی شده و نتایج حاصل از آن به عنوان معیاری برای استانداردسازی استفاده شد.با استفاده از این استانداردسازی کیفیت دو نمونه مجهول داخل کشور و وارداتی از چین بررسی شد.برای استانداردسازی از میزان ناخالصی که مربوط به کلسیم موجود در پودرسنگ افزوده شده به نمونه ها میباشدنسبت به خطوط کربن و هیدروژن موجود در قیر که نوعی هیدروکربن است استفاده شد.