بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، کندو سوز لیزري منیزیم در ایزوپروپانول با استفاده از لیزر - λ=1064 nm - Nd-YAG پالسی گزارش شده است و ضریب جذب غیر خطی ساختارهاي به دست آمده با استفاده از روش روبش z مورد بررسی قرار گرفته است. ساختار و ترکیب ساختارهاي به دست آمده توسط پراش اشعه - XRD - X، و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - بررسی شده است. نتایج به دست آمده از آنالیزهاي XRD و SEM نشان داد که از کندو سوز لیزري هدف فلزي منیزیم در ایزوپروپانول ساختارهاي Mg و MgO با اندازة متوسط 100 نانومتر تشکیل می شود. ضریب جذب خطی، α، و ضریب جذب غیر خطی، β، به ترتیب به روش چیدمان محدودشدگی اپتیکی و دریچه باز روبش z، و با استفاده از لیزر Nd-YAG با طول موج λ=532 nm، محاسبه شد. نتایج نشان داد که ضریب جذب غیرخطی براي این ساختارها مثبت و برابرβ=1/7×10-6 mm/watt و ضریب جذب خطیα =1/27cm-1 به دست می آید.
مقدمه
در طول چند سال اخیر روش هاي مختلفی براي سنتز نانومواد گسترش یافته است. به علت خواص جدید مواد نانو ساختار در نتیجه تغییر در اندازه و شکل آن ها، روش هاي سنتز جدید و درك بهتري از ساز و کار رشد این مواد به صورت یک موضوع کلیدي در علم نانو مواد در آمده است. منیزیم به خاطر چگالی جرمی مؤثر کم خود یک نمونه خوب براي کاربردهاي ساختار بحرانی وزنی به شمار می رود و سختی و استحکام بالایی را به نمایش می گذارد. منیزیم هم چنین داراي پایداري ابعادي خوب و ظرفیت تعدیل بالایی است.[1] از بین اکسید هاي فلزي، اکسید منیزیم به دلیل ظرفیت گرمایی پایین و نقطه ذوب بالا براي کاربردهاي عایق گذاري مناسب است. از اکسید منیزیم می توان به عنوان یک مادة زیر لایه براي رشد هم بافته لایه هاي نازك با خواص الکترونیکی یا مغناطیسی مرغوب نیز استفاده کرد.[2]
از جمله کمیت هاي مورد توجه در اپتیک، ضرایب جذب خطی و غیرخطی است. به طور کلی ضریب جذب مواد به صورت α - I - =α+βI تعریف می شود که در این رابطه α، ضریب جذب خطی، β ضریب جذب غیرخطی و I شدت میدان اپتیکی اعمال شده بر محیط است. این رابطه نشان می دهد که خصوصیات غیرخطی مواد با افزایش شدت نور تابشی افزایش می یابد. این افزایش بر باریکه خروجی تأثیر گذاشته و از روي مطالعه این تأثیرات ویژگی هاي غیرخطی ماده، مورد مطالعه قرار می گیرد.
شاید ساده ترین روش براي تغییر پیوسته شدت تابشی یک جبهه تخت مثل لیزر حرکت دادن نمونه در اطراف کانون یک عدسی باشد که روبه روي باریکه لیزر قرار گرفته و آن را متمرکز می کند، که روش روبش z نامیده می شود. در این مقاله تشکیل ساختارهاي منیزیم و اکسید منیزیم به روش کندو سوز لیزري یک هدف منیزیم در ایزوپروپانول با استفاده از لیزر Nd:YAG با طول موج 1064 نانومتر گزارش شده است.
نانوساختارهاي ایجاد شده توسط آنالیزهاي XRD و SEM بررسی شده، و نتایج حاصل گزارش شده است. سپس ضرایب جذب خطی و غیرخطی ساختارهاي تهیه شده به این روش با استفاده از لیزر پالسی Nd-YAG با طول موج 532 نانومتر و چیدمان روزنه باز جاروب z و محدودشدگی اپتیکی محاسبه شده است. نتایج مربوط به ضریب جذب غیرخطی براي این ساختارها تا به حال گزارش نشده است و در این مقاله براي اولین بار با استفاده از روش روبش z محاسبه شده است.
روش آزمایشگاهی
تهیه نمونه: یک نوار منیزیم با خلوص 99/5%، طول و عرض 20 میلیمتر و ضخامت 0/15 میلیمتر به عنوان هدف مورد استفاده قرار می گیرد. ظرفی که محلول و نمونه در داخل آن قرار می گیرد شیشه اي و داراي سطح مقطع دایروي به شعاع 35mm و ارتفاع 75mm است، که 60cm3 ایزوپروپانول در آن ریخته شده است. لازم است هدف طوري در محلول قرار گیرد که در تمام طول آزمایش حدود 10mm پایین تر از سطح مایع واقع شود. به منظور استفاده موثر از باریکه لیزر در طول آزمایش، نگهدارنده نمونه روي یک صفحه دو بعدي چرخان قرار می گیرد؛ به طوري که در تمام مدت کندو سوز هدف در کانون باریکه قرار می گیرد.
لیزر مورد استفاده در این آزمایش یک لیزر Nd:YAG پالسی با طول موج 1064nm است که داراي پهناي پالس 240 ns ، انرژي پالس 1mj و فرکانس 2 kHz است. کندو سوز به مدت یک ساعت انجام شده است. محلول بعد از تولید ذرات به رنگ قهوه اي مایل به زرد در می آید. بعد از گذشت یک ساعت رسوبی به رنگ شیري در ظرف ته نشین می شود. این در حالی است که ذراتی نیز در محلول معلق هستند. بعد از اتمام آزمایش محلول حاصل در ظرفی جداگانه قرار داده می شود تا ایزوپروپانول موجود در ظرف تبخیر شود.
رسوب حاصل پس از خشک شدن به صورت پودر از ظرف جدا می شود و جهت آنالیز هاي XRD وSEM مورد استفاده قرار می گیرد. پراش پودر اشعه X با استفاده از یک پراش سنج پودر - λ=1/54 Ǻ - CuKα مدل STADI MP در مد اسکن 2θ-θ و با 40kV و 30mA انجام شده است. هم چنین یک میکروسکوپ الکترونی روبشی 30kV مدل TS5136MM جهت مشاهده مورفولوژي ساختارها مورد
استفاده قرار گرفته است. چیدمان روبش :z در روش روبش z از چیدمانی مطابق شکل 1 استفاده شد. لیزر بکار رفته یک لیزر Nd:YAG با طول موج 532nm، فرکانس 200Hz، و پهناي پالس 10ns است. با جابجایی نمونه حول کانون شدت پالس تابیده شده به نمونه به صورت تابعی از z تغییر می کند.
در این روابط α ضریب جذب خطی، ω0 قطر کمر پرتو، λ طول موج لیزر، و L ضخامت نمونه بکاررفته در آزمایش روبش z است که در این جا 1mm است.I0 نیز از تقسیم توان لیزر بر حاصلضرب پهناي پالس در فرکانس در قطر کمر پرتو در عدد π محاسبه می شود. با قرار دادن شعاع کمر پرتو که در این آزمایش 50 میکرومتر است مقدار طول پراش پرتو به دست می آید. براي محاسبه ضریب جذب خطی، که در محاسبه Leff استفاده می شود چیدمان محدودشدگی اپتیکی مطابق شکل 2 بکار می رود.
