بخشی از مقاله
چکیده
اثر دوپایداری اپتیکی نانوذرات دی اکسید تیتانیوم و نقره در حلال اتانول و پلیمر تحت تابش لیزر پیوستهی هلیم-نئون و با استفاده از تداخل سنج فابری- پرو مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. حلقههای پسماند بدلیل اثر دوپایداری اپتیکی مشاهده و با مقادیر نظری مقایسه شدند. تشدید پلاسمونی نانوذرات نقره و غیرخطیت بالای پلیمر باعث تقویت منحنیهای ناشی از رفتار دوپایداری اپتیکی در نانوذرات دی اکسید تیتانیوم شده که در طراحی کلیدزنهای الکترونیکی قابل استفاده میباشد.
-1 مقدمه
به طور کلی قطعات و وسایل اپتیکی دوپایدار در فناوری و الکترونیک از اهمیت بالایی برخوردار میباشند. این وسایل از لوازم پایهای و اساسی سیستمهای کامپیوتری میباشند و به عنوان کلیدزنها، ورودیهای منطقی و اجزای حافظه استفاده میشوند. نانوذرات و نیمرساناها به دلیل ویژگی-های اپتیکی منحصر به فردشان از شانس بالایی جهت انجام تحقیقات در این حیطه برخوردار هستند .
بسیاری از نانومواد بر پایهی فلزات و نیمرساناها به دلیل الکترونهای پلاسمونیک سطحی و گاف انرژی دارای ویژگیهای اپتیکی غیرخطی جالب و قابل توجهی میباشند. در این پژوهش بعضی از نانومواد فلزی و نیمرسانا برای بررسی امکان مشاهدهی پدیدهی دوپایداری اپتیکی و جهت استفاده در وسایل اپتیکی دوپایدار تحت تابش لیزر با توان پایین به صورت تجربی مورد آزمایش قرار گرفتند. سیستمهای اپتیکی غیرخطی خاصی میتوانند برای یک حالت ورودی مشخص، دو حالت خروجی داشته باشند.
دو مسئله برای ساختن یک وسیلهی اپتیکی دو پایدار مورد نظر میباشد: -1 غیرخطیت اپتیکی -2 فیدبک. یک وسیلهی اپتیکی دوپایدار شامل یک مادهی غیرخطی اپتیکی میباشد که پرتوی خروجی جهت کنترل نورعبوری در یک سیستم فیدبک بکار برده شود. ترکیب پرتوی ذکرشده و فیدبک آن باعث شکل S منحنیهای شدت خروجی بر حسب مقادیر مختلف شدت ورودی میشود شکل .1 وقتی شدت نور ورودی از مقدار بحرانی حلقهی پسماند بیشتر شود، شدت خروجی از مقداری به مقدار دیگر در سمت دیگر حلقه جهش میکند .
-2 مفاهیم نظری
یک تشدیدگر فابری- پرو در شکل 2 نشان داده شده است. فاصلهی بین دو آینه بوسیلهی یک مادهی غیرخطی پر شده است. در این شکل A1 دامنهی موج ورودی، A1 دامنهی موج بازتابیده، A2 و A2 دامنهی امواج جلو رونده و عقب رونده - Backward and Forward waves - در داخل تداخل سنج و A3 نشان دهندهی دامنهی موج عبوری میباشد.
شکل :2 تشدیدگر فابری- پرو
با توجه به روابط بالا مشخص میشود که دانستن جزئیات و مشخصات اپتیکی غیرخطی ماده مورد آزمایش جهت تطبیق با حلقهی پسماند ضروری میباشد.
شکل :1شکل S در منحنی مربوط به شدتهای ورودی و خروجی در یک سیستم دوپایدار
-3 نتایج آزمایشگاهی
پس از تهیه و مشخصهیابی نانو مواد مورد آزمایش، ویژگیهای نوری غیر خطی محلولهای نانو ذرات اکسید تیتانیوم 83 - میکروگرم بر لیتر - اندازه گیری و تاثیر حلال و همچنین ترکیب درصدی کمتر از نانو ذرات فلزی نقره 32 - میکروگرم بر لیتر - روی این ویژگیها بررسی شد. پیش فرض اینست که وجود نانو ذرات فلزی میتواند خواص غیر خطی را افزایش دهد، چون تشدید پلاسمون-های سطحی نانو ذرات فلزی در طیف نسبتا وسیعی از طیف مرئی میتواند بر خواص نوری بیفزاید. در حقیقت نانو ذرات فلزی مانند مشددهایی باعث تقویت بازده نوری ویژگیهای نوری میشود که در طول موجهای معین توسط نانو ذرات اکسید تیتانیوم تولید شده است.
در ابتدا تاثیر نانو ذرات فلزی نقره بر ویژگیهای نوری غیر خطی نانو ذرات اکسید تیتانیوم مورد مطالعه قرار گرفت. در شکل.3 نمودارهای جاروب-زد با دریچه بسته برای سه نوع محلول: نانو ذرات اکسید تیتانیوم ، نانو ذرات نقره و ترکیبی از این دو در پلیمر PVA را مشاهده میشود.
شکل:3 نمودار های جاروب زد با دریچه بسته با حلال PVA
چنانچه ملاحظه می شود تاثیر محلولی با ترکیبی 50- 50 از دو محلول نقره و اکسید تیتانیوم باید محلولی باشد که نمودار جاروب بسته آن بین دو منحنی قبلی محدود باشد. اما این محلول ترکیبی از هر دو ترکیب سازنده خود، دارای پاسخ غیر خطی بیشتری است که نشان دهنده اثرات تشدیدی این دو نوع نانو ذره بر یکدیگر است.
در شکل 3 نمودارهای جاروب زد با دریچه بسته حاصل از نانو ذرات اکسید تیتانیوم، نقره و محلولی 50-50 از دو محلول قبل را مشاهده میشود. چنانچه از شکل پیدا است، وجود PVA باعث افزایش ویژگیهای نوری نسبت به قبل شده است. حدوث این پدیده را میتوان به جذب قابل ملاحظه PVA نسبت به اتانول، تثبیت مولکولها در این پلیمر و کاهش اثرات همرفتی و در نتیجه کاهش رسانش حرارتی دانست. میدانیم در توانهای پایین لیزری بخش عمدهای از نمودارهای غیر خطی بخاطر اثر عدسی حرارتی است. کاهش رسانش سبب افزایش دمای موضعی مخل تابش و افزایش انبساط و متعاقبا افزایش اثر لنز حرارتی میشود.
شکل:4 نمودارهای جاروب زد با دریچه باز در حلال PVA
در شکل.4 نمودارهای حاصل از سه نوع محلول ذکر شده در آزمایش جاروب زد با دریچه باز ملاحظه میشود. چنانچه از شکل پیداست اثر تشدیدی محلول ترکیبی از محلول صرفا اکسید تیتانیوم بیشتر است. محلول نقره به تنهایی اثر غیر خطی جذبی بسیار ضعیفی دارد که قابل صرفنظر است. در بخش بعد به نمودارهای دو پایداری محلول فوق الذکر میپردازیم. از منحنیهای دوپایداری نمیتوان به مقادیر ضرایب شکست و جذب غیر خطی همزمان رسید. کاری که در اینجا انجام شد اینست که مقادیر شکست و جذب غیر خطی بدست آمده توسط جاروب زد را بهمراه ویژگیهای نوری کاواک در روابط دو پایداری قرار داده و سپس نمودارهای تئوری حاصل با نتایج آزمایش مقایسه گردید. در واقع تایید وجود حلقههای پسماند توسط تئوری در نواحی بدست آمده کافیست.
علاوه بر این چنانکه در شکل4 میبینیم تاثیر حلال پلیمری PVA بر جذب غیر خطی بیشتر است ولی توالی جذبهای غیر خطی مانند قبل است. یعنی وجود نانو ذرات نقره باعث تشدید اثرات جذب غیر خطی نانو ذرات اکسید تیتانیوم میشود.
