بخشی از مقاله
چکیده
روش Z-scan یکی ازروش هایی است که می توان ازاین روش برای تعیین ضریب شکست وضریب جذب غیرخطی نیمه هادی ها درمحیط های اپتیکی غیرخطی استفاده کرد.به گونه ای که بادردست داشتن ضریب جذب غیرخطی، و نمودارهای تجربی T-Z، می توان ضریب شکست غیرخطی را، درمحیط های اپتیکی غیرخطی به راحتی به دست آورد.دراین مقاله ابتدا ضریب جذب غیرخطی نیمه هادی znse را بااستفاده ازروش Z-scan به دست آورده ایم، وسپس چگونگی به دست آوردن ضریب شکست این نیمه هادی، بااستفاده ازنمودارهایZ-scan بدون روزنه وباروزنه توضیح داده شده است.
کلمات کلیدی:ضریب جذب غیرخطی، ضریب شکست غیرخطی، محیط های اپتیکی غیرخطی، روشZ-scan
مقدمه
عوامل متفاوتی باعث اتلاف نوردرموادمختلف می شود، مانندپاشندگی نور، پراکندگی نوروجذب نور .معمولا جذب نوربه خاطروجودناخالصی های موجوددرموادآ ست وهمچنین جذب، به علت برخی ازنوسانات ساختاری در برخی طول موج های خاص رخ می دهد .وضریب جذب ماده به صورت نسبت انرژی جذب شده توسط یک جسم به کل انرژی تابشی فرودآمده برجسم تعریف می شود. پراکندگی نوربه دلیل تغییرنور، درجهت انتشاریک پرتوتوسط بازخوردبا ناهمگونی وبی نظمی درمواد آست.به همین دلیل بررسی ضریب جذب وضریب شکست درماده اهمیت پیدامی کندکه مادراین مقال ه نحوه به دست آ وردن ضریب جذب وضریب شکست مادهرابراساس روش Z-scan ارائه می دهیم .
دراین مقاله ماازنورلیزرباشدت زیاد برای تعیین ضری ب جذب وضریب شکست znse استفاده کرده ایم واین موضوع باعث شده است تامحیط اپتیکی مابه یک محیط اپتیکی غیرخطی تبدیل شود .معمولادرمحیط های اپتیکی ، جذب غیرخطی باشکست غیرخطی همراه است وروش های متفاوتی برای اندازه گیری ضریب شکست وجودداردمانند : تداخل غیرخطی 1@و[2 واختلاط 4 موج دژنره[3]، اختلاط 3 موج دژنره[4]، چرخش بیضوی[5]،اندازه گیری اعوجاج پرتوی 6]و.[7 ولی روش های بالانیازمندوسایل ازمایشگاهی بسیارپیچیده ای هستندوفقط برای اندازه گیری ضریب شکست به کارمی روند، درحالی که روشZ-scan، روش بسیارساده ای است که می توان ازاین روش برای اندازه گیری دوخاصیت مهم محیط های اپتیکی غیرخطی یعنی ضریب شکست وضریب جذب غیرخطی استفاده کرد .
شکل های 1و2 دراین مقاله بااستفاده ازروش Z-scanبدون روزنه وباروزنه به دست آمده اند.به گونه ای که مادراین مقاله ابتدابه وسیله شکل 1 - a - وفرمول های مربوطه ضریب جذب غیرخطی نیمه هادی znse را بااستفاده ازبرنامه نویسی 5.9 بدست اورده ایم وسپس با جزئیات کامل توضیح خواهیم دادکه اگرشکل 1 - E - رابه شکل 1 - a - تقسیم کنیم، شکل جدید 2 بدست می آیدکه این نمودارهمان،نمودارضریب شکست نیمه هادی znse است که می توان بااستفاده ازاین نمودارو فرمول های مربوطه ضریب شکست این نیمه هادی رابدست آورد، به طوری که شکل 2بانمودارهایی که به طورمستقیم فقط برای اندازه گیری ضریب شکست این نیمه هادی به کارمی روند ، درتوافق کامل است .
چیدمان آزمایش وروش: Z-scan
وسایل آزمایشگاهی به کاررفته دراین آزمایش عبارت است از: - 1دتکتور : D1 انرژی اولیه نورلیزرتوسط این دتکتورثبت می شود . - 2عدسی محدب : جهت همگرا کردن پرتوهای نورلیزراستفاده می شود . - 3ماده ای که می خواهیم ضریب جذب وضریب شکست آن راتعیین کنیم . - 4دتکتور:D2انرژی نورلیزرخارج شده ازماده توسط این دتکتورثبت میشود. - 5روزنه: برای محدودکردن نورلیزررسیده به دتکتور.D2چیدمان آزمایش درشکل زیرنشان داده شده است:
ابتداآزمایش Z-scan رادرغیاب وجودروزنه انجام می دهیم،به گونه ای که ابتداانرژی اولیه نورلیزردردتکتورشماره 1ثبت می شود، سپس عمل Z-scan راازسمت -z شروع می کنیم،درابتداچون تابش پرتو ، نسبت به ماده بسیارکم است، نسبت D ₂₁ ثابت می ماندوتقریبا 1است،ولی وقتی که نمونه به نزدیکی کانون آورده می شود، به دلیل افزایش شدت تابشی نورلیزرنسبت به ماده، مقدار نورجذب شده توسط ماده افزایش یافته ودیگرنسبت D ₂₁ ثابت نمی ماندوچون درکانون بیشترین مقدارجذب اتفاق می افتد، پس نسبت D ₂₁ یعنی مقدارانرژی انتقال یافته Tمینیمم مقدارخودرادارد، دوباره وقتی نمونه به دورازکانون برده می شود، رفته رفته نسبت D ₂₁ دوباره ثابت می شود، به طوری که در جهت +z انتقال انرژی به صورت خطی بوده ونسبت D ₂₁ برابر 1 می شود - .به طوریکه شکل 1 - D - نمودارحاصل ازاین آزمایش است - .سپس همین مراحل رابرای حرکت نمونه از -z تا +z درحالتی که قبل ازدتکتور D2یک روزنه گذاشته شده است، انجام می دهیم. - شکل1 - E - نمودارحاصله ازاین آزمایش است - .
چگونگی به دست آوردن ضریب جذب غیرخطی نیمه هادی znse بااستفاده ازنتایج تئوریوآزمایشگاهی:
دراین آزمایش مایک غیرخطی درجه سوم رادرنظرگرفته ایم،به طوریکه ضریب شکستnبرحسب ضریب شکست غیرخطی - n2 - esu یا - ² - به صورت زیربیان می شود: بطوریکهI شدت نورلیزرداخل نمونه و E میدان الکتریکی درقله وn0 ضریب شکست خطی ماده می باشد.باتوجه به معارله - 1 - می توان فهمیدکهI با E² متناسب است وچون مامی خواهیم بوسیله نتایج بدست آمده از آزمایش ونتایج تئوری که به دست خواهیم آورد، ضریب جذب ماده رابدست آوریم وازآنجایی که در آزمایش دتکتورمی تواندانرژی رااندازه
