بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله تنظیم رنگ نانوتابشگرهاي تبدیل افزایشیفرکانس با تغییر توان لیزر تحریککننده گزارش میشود. نانوتابشگرهاي تبدیل افزایشیلانتانیدي داراي ویژگیهاي منحصر بفردي از جمله قابلیت تحریک توسط لیزر فروسرخ، قابلیت تبدیل چند فوتون کم انرژي به یک فوتون با انرژي زیاد، پایداري اپتیکی بالا، طیف تابشی باریک و جابجایی ضد-استوکس زیاد هستند که آنها را کاندیداي مناسبی براي ساخت نسل جدید برچسبهاي امنیتی نانوفوتونیکی، تصویربرداري اپتیکی، سلولهاي خورشیدي، نمایشگرها و لیزرها کرده است.
روش-هاي متفاوتی براي پرینتو لایهنشانی این نانوتابشگرها توسعه یافته است. یکی از این روشها شامل آلاییدن شدن آنها در فوتورزیست پلیمري است که امکان فوتولیتوگرافی آنها را فراهم میآورد. بنابراین در این کار از یک فوتورزیست شفاف اپتیکی به عنوان ماتریس میزبان این نانوتابشگرهاي لانتانیدي براي ایجاد یک نانوکامپوزیت فوتونیکی با قابلیت تغییر رنگ فعال استفاده میشود و اثرتغییر توان لیزر تحریککننده بر عملکرد فرآیند تبدیل افزایشی فرکانس و رنگ فلورسانس بررسی میشود.
-1 مقدمه
در سالهاي اخیر توجه بسیاري به مواد فلورسانس براي کاربردهاي متنوع بویژه ساخت نسل جدید سطوح امنیتی شده است. از مواد مورد استفاده در این کاربردها میتوان به رنگینههاي آلی و کوانتوم داتها و یا حتی نانوذرات پلاسمونیک اشاره کرد. اما نقاط ضعف فوتونیکی این مواد از جمله طول عمر کوتاه و عدم پایداري مناسب، کاربرد این مواد را محدود کرده است. اکثر مواد فلورسانس موجود در طبیعت داراي تابش تبدیل کاهشی فرکانس هستند، اما مواد تبدیل افزایشی فرکانس قادر به تولید فوتون پرانرژي با استفاده از فوتونهاي کم انرژي هستند.
اخیراً نانوذرات تبدیل افزایشی لانتانیدي به دلیل ویژگیهاي منحصر بفردشان از جمله توانایی تبدیل چند فوتون کم انرژي به یک فوتون با انرژي بالا2]و[1، تحریک توسط نور فروسرخ نزدیک، پایداري اپتیکیبسیار بالا، طول عمر طولانی، عدم وابستگی طول موج تابش فلورسانس به ابعاد نانوذرات، جابهجایی ضد-استوکس زیاد و طیف فلورسانس باریک کاربردهاي متعددي در ساخت سلولهاي خورشیدي، لیزرها، نمایشگرها، تصویربرداري نوري و کارتهاي اعتباري پیدا کرده اند.
امکان تنظیم رنگ فلورسانس نانوتابشگرها از موارد مورد علاقه در کاربرد آنها است. در اینجا اثر توان لیزر تحریککننده براي تنظیم رنگ تابش فلورسانس دو نوع نانوتابشگر تبدیل افزایشی فرکانس مورد بررسی قرار میگیرد. روشهاي متفاوتی براي لایه نشانی این نانوتابشگرها توسعه یافته است. یکی از این روشها آلاییدن آنها در یک فوتورزیست میزبان است. بنابراین، در این کار نانوتابشگرهاي تبدیل افزایشی در یک ماتریس پلیمري شفاف قرار گرفتند که در ابتدا مایع بود و با تابش نور فرابنفش به لایهاي جامد تبدیل میشد. در نهایت این لایه توسط لیزر فروسرخ با توانهاي متفاوت تحریک شد و طیف فلورسانس آنها توسط طیفسنج اندازهگیري گرفته شد.
-2 بحث و نتایج
بدین منظور دو نوع نانوتابشگرNaYF4:Yb3+,Er3+وNaYF4:Yb3+,Tm3+که تابش فلورسانس آنها به رنگ سبز و آبی دیده میشوند و داراي بازدهی فلورسانس بالا هستند براي این کاربرد انتخاب شدند. ازین پس این دو نوع نانوتابشگر با رنگ تابش نامیده میشوند.شکل-1الف جذب این دو تابشگر را نشان میدهد که داراي بیشینه جذب در ناحیه فروسرخ نزدیک در حدود 970-980 نانومتر هستند. شکل -1ب طیف تابش متناظر با این دو نانوتابشگر و گذارهاي مرتبط را نشان میدهد. نانوتابشگر سبز داراي بیشینههایی در ناحیه طیف سبز و قرمز در طول موجهاي 525 نانومتر، 541 نانومتر و 654 نانومتر است.
شکل .1 الف طیف جذب نانوتابشگرهاي آبی و سبز ب. طیف فلورسانس نانوتابشگرهاي آبی و سبز
نانوتابشگر آبی داراي بیشینههایی در ناحیه ماوراي بنفش و طیف آبی در طول موج هاي 345، 361، 450 و 475 نانومتر است. در این نانوتابشگرهاNaYF4ماتریس میزبان است که از نظر اپتیکی فعال نیست، Yb3+یون حساس کننده است که وظیفه انتقال انرژي از لیزر به فعالکننده را بر عهده دارد و در نهایت یونهاي Er3+وTm3+ فعال کننده هستند و تابش فلورسانس در گذار از ترازهاي آنها صورت میگیرد که در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل .2 ترازهاي انرژي و گذار یون هاي حساس کننده و فعال کننده دو نانوتابشگر آبی و سبز
به منظور بررسی اثر توان لیزر تحریککننده 980 نانومتر بر عمکرد نانوتابشگرها، توان لیزر از 0.25 وات تا 3 وات تغییر داده شدو تغییرات شدت و رنگ مورد بررسی قرار گرفت. شکل -3 الف اثر افزایش توان لیزر تحریککننده را بیشنه شدت فلورسانس نانوتابشگرهاي سبز در طول موج هاي 541 نانومتر - مثلث هاي قهوه اي - و 654 نانومتر - ستاره هاي نارنجی - نشان میدهد.
نتایج نشان میدهد که هر دو تقریباً داراي رفتار یکسان هستند. در بازه 0.5 وات تا 2 وات رفتار نانوتابشگرها خطی بوده و فرآیند جذب دوفوتونی صورت میپذیرد. براي شدتهاي پایین و بالا به ترتیب به دلیل توان پایین و اثرات گرمایی شیب نمودار کاهش پیدا میکند.شکل -3ب اثر توان لیزر تحریککننده بر بیشینههاي فلورسانس نانوتابشگرهاي آبی درطول موج-هاي 450 نانومتر - مربع آبی - و 475 - مثلث صورتی - نانومتر را نشان میدهد. براي طول موج 450 نانومتر در بازه 0.75تا 2.5 وات فرآیند جذب چهار فوتونی صورت میگیرد و براي شدتهاي کمتر و یا بیشتر این فرآیند تغییر میکند. براي طول موج 475 نانومتر تغییرات شدت فلورسانسکاملاً خطی بوده و فرآیند جذب سه فوتونی صورت میپذیرد.
شکل .3 اثر توان لیزر تحریک کننده بر عملکرد نانوتابشگرهاي تبدیل افزایشی لانتانیدي الف. سبز ب. آبی
در ادامه اثر افزایش توان لیزر تحریککننده بر روي رنگ تابش فلورسانس نانوتابشگرهاي لانتانیدي مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور از دیگرام CIE1931استفاده شد که استانداري براي مقایسه رنگها میباشد. شکل -4الف نمودار CIE1931 را براي هر دو نانوتابشگر با افزایش توان لیزر تحریککننده نشانی میدهد. براي نانوتابشگر سبز با افزایش توان لیزر مختصاتxو yافزایش پیدا میکند اما براي نانوتابشگرهاي سبز با کاهشxو افزایشyهمراه است. شکل -4 ب نمودار CIE1931نانوتابشگرها را در ماتریس پلیمري نشان میدهد که داراي روند مشابه کلوییدها هستند.
شکل .4 نمودار مقایسه تغییر رنگ ناشی از افزایش توان لیزر تحریک کننده
-3 نتیجه گیري
در این مقاله اثر توان لیزر تحریککننده بر روي عملکرد دو نوع نانوتابشگر تبدیل افزایشی سبز و آبی مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که از تغییر توان میتوان براي تنظیم رنگ تابش فلورسانس این نانوتابشگرها استفاده نمود. براي بررسی تغییر رنگ ایجاد شده از نمودار1931CIE استفاده شد.
