د. زين يماني، د. أشرف جوندال، د. عزت حجازي، د. حسين مسعودي

1. البحث ذو التوجه الصناعي باستخدام الليزرفي جامعة الملك فهد للبترول و المعادنIndustry Oriented Laser Research at KFUPM د. زين يماني، د. أشرف جوندال، د. عزت حجازي، د. حسين مسعودي Z. H. Yamani1, M.A. Gondal2, E. Hegazi2 and H.M Masoudi2,3 جامعة الملك فهد للبترول و المعادن King Fahd University of Petroleum & Minerals 1Department of Physics, 2Laser Research Section, Center for Applied Physical Sciences, 3Electrical Engineering Department

2. Presentation Plan خطة المحاضرة • ما هو قسم أبحاث الليزر • البحث الصناعي في قسم أبحاث الليزر: • الحالي • المستقبل • العقبات و التحديات • خاتمة • What is LRS? • Industrial Research at LRS: • In progress • Pending • Complications and Challenges • Conclusions

3. مركز العلوم الطبيعية التطبيقيةCenter for Applied Physical Sciences(CAPS)

5. مهمة (رسالة) قسم أبحاث الليزر: تقديم أداء بحثي عالي المستوي للوطن عموما و لجامعة الملك فهد للبترول و المعادن على وجه الخصوص بالإضافة إلى الخدمات البحثية و التدريب في مجال الليزر و تطبيقاته. Mission: Provide KFUPM and the Kingdom with high quality research, research services, and training in the field of lasers and their applications

6. الوظائف الأساسية لقسم أبحاث الليزر LRS functions • البحث (العلمي) باستخدام تكنولوجيا الليزر • تقديم الخدمات التعليمية و الفنية • تدريب طلبة الدراسات العليا (و البكلريوس) على تكنولوجيا الليزر • Research using laser technology • Technical and educational services • Training of graduate and undergraduate students

7. نبذة تاريخية مختصرة لعلاقة قسم أبحاث الليزر مع الصناعة Brief history of LRS with the Industry • القرار الإداري • التخطيط • استكشاف حاجات السوق الصناعي • أبرز المرشحين: أرامكو، سابك، شركة الكهرباء ... الخ. • اللقاءات و الاجتماعات • التجارب المقترحة • Administrative mandate • Planning • Investigating the market needs • Major proponents: SABIC, Saudi Aramco, SCECO (SEC)…etc. • Meetings • Proposed experiments

8. بعض الأمثلة المتعلقة بقسم أبحاث الليزر و البحوث ذات التوجه الصناعي Examples of industry related LRS research

9. بصمة المنتجات البتروليةIndustry and Laser #1Oil Fingerprinting (spectroscopy) • المعضلة: التخلص غير النظامي من البترول في الخليج • الحاجة: تحديد السفن المتسببة • الحل: الكشف من بعد عن البصمة البترولية و براءة الاختراع • The problem: oil dumping in the sea • The need: know which ship dumps the oil • The solution :fingerprint oils using remote sensing technique (US patent # 6,633,043) Spectral Fingerprints of neat Saudi Marketed Crude Oils Using the Patented Technique

10. Crude Oil Sample Mirror 280 nm Doubling Crystal Resulting Fluorescence Collecting Lens Doubling Crystal Monochromator 532nm 1062nm 560nm Dye Laser YAG Laser Photomultiplier Mirror Signal Trigger Signal Processor PC رسم توضيحي لتجربة الكشف عن بصمات المواد البترولية Schematic diagram of the setup

11. Arabian Extra Light Crude Oil Arabian Light Crude Oil

12. Project supported by S. ARAMCO • البحوث و التطوير في أرامكو • التفاوض • عقد المشروع (سنتين) • المطلوب • أطوار متقدمة • S. Aramco R&D • Deliberations • Contract (2 years) • Implementation of project (build fingerprint database of oils + build a finished product) • Progress (Phase 1) Fingerprints of the same crude oils after seawater weathering Next generation of the technique: enhanced fingerprints for weathered oils

13. الشرائح الرقيقةIndustry and Laser #2Thin Films (sensors) • كاشفات الغاز • حفظ الطاقة • المحولات الحرارية • البصريات • Thin films gas sensors • energy saving applications • thin films thermal switches • optics

14. حفظ الطاقة Energy Saving Applications التطبيق؟؟ Application

15. تحويل الميثان إلى مواد هيدروكربونية و انتاج الهيدروجينIndustry and Laser #3Photoinduced Chemistry/ Methane Cracking • The problem: methane utilization and transportation; hydrogen production • The need: transform methane into ethane and higher hydrocarbons plus hydrogen • The solution: Laser induced photo- conversion of methane (U.S. Patent Application No. 10653,055 • المعضلة: صعوبة تخزين و نقل الميثان، قلة موارد غاز الهيدروجين • الحاجة: تحويل الميثان إلى هيدروجين و إيثان و مواد هيدروكربونية أخرى. • الحل: استحداث الفاعلات ااكيميائي-ضوئية باستخدام الليزر لتكسير الميثان و طلب براءة الاختراع رقم 10653,055)

16. التطبيق؟؟ Application

17. مراقبة التلوث البيئيIndustry and Laser #4Atmospheric pollution monitoring (LIDAR) The problem: Remote monitoring of industrial pollution and green house gases (NOx, SOx, COx, and O3) in the atmosphere. تستخدم تقنية الليزر في قسم أبحاث الليزر لمراقبة سماكة و حركة السحب، بالإضافة إلى امكانية مراقبة تركيز الغازات الضارة المنبعثة من مداخن المصانع Lidar monitoring of atmosphere at KFUPM

18. فكرة عمل هذه التقنية Principle of laser remote sensing

19. 4.00 3.50 3.00 2.50 Cloud Thickness (km) 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 18:30 18:34 18:37 18:41 18:46 18:50 18:55 18:59 19:06 19:12 19:16 19:24 19:30 19:34 19:37 19:40 18:21 Time (Saudi Standard Time) Cloud thickness measured with LIDAR system at different times.

20. Velocity comparison between calculated Doppler shift and actual flow rate measurement speeds with our Doppler LIDAR. Typical aerosols backscattering coefficient determined from LIDAR data showing clearly the boundary layer.

21. هناك أمثلة عديدة أخرى، و لكن لننتقل إلى العقبات The are a number of other examples, but let’s move on to the challenges

22. Complications and Challenges العقبات و التحديات • Few new personnel/ graduate students • Companies need full systems not mere inventions; the final product! • Using laser is ~ sophisticated; in general the Local Industry is not that advanced in R&D. • Financial restrictions/ no equipment • Others are way ahead and much more dedicated. • Laser technology may not solve everything. • قلة الكوادر/ طلبة الدراسات العليا • الشركات تطلب أجهزة متكاملة • بالعموم الصناعة في المملكة غير متقدمة في مجالات البحث و التطوير (بما في ذلك بعض الشركات ”العظمى“) • الموارد المالية • الشركات و معاهد البحوث في اليابان و ألمانيا ... الخ متقدمة بشكل كبير! • تقنية الليزر لا تحل كل المشكلات

23. Conclusions الخاتمة • ينبغي علينا أن نبحث عن سبل التداخل بين البحث العلمي في مجال الفيزياء و التطوير الصناعي. • تكنولوجيا الليزر لها القدرة للإسهام في هذا المجال. • لقد قطعنا (في قسم أبحاث الليزر) شوطاً في هذا المضمار. • ماذا نتوقع خلال السنوات القادمة؟ • إننا نرحب بنصائحكم و مشاركاتكم. • Physics research has to find links/ ties with Industry. It is part of our survival, and a benefit to humanity. • Lasers have the potential. We presented a few industrial applications. • LRS is in progress, despite the difficulties. • The future?? • We welcome ideas and collaborations

24. Acknowledgement: شكر و عرفان: نشكر جامعة الملك فهد للبترول و المعادن على دعمها للبحث العلمي الأساسي و التطبيقي و الشكر موصول لجميع زملائنا بقسم أبحاث الليزر. و الحمد لله أولا و أخيراً Praise is indeed due to Allah The support of KFUPM is thankfully acknowledge. We extend our thanks and appreciation to our colleagues in LRS.