بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله خواص نوری غیرخطی و محدودسازی نوری نانو ذرات اکسید گرافن در دو محیط آب و اتانول مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از یک لیزر دیودی در طول موج 532 نانومتر خواص جذب غیرخطی با تکنیک جاروب z روزنه باز بررسی شد. نتایج نشان داد که اکسید گرافن در آب در رژیم پیوسته خواص جذب غیرخطی قابل ملاحضهای از خود نشان نمیدهد. این در حالی است که اکسید گرافن پراکنده شده در اتانول خواص جذب غیرخطی بزرگی نشان میدهد. خواص محدودسازی نوری نمونهها همچنین با استفاده از هارمونیک دوم لیزر پالسی Nd-YAG در طول موج 532 نانومتر بررسی شد. همانطور که از نتایج در رژیم پیوسته پیشبینی میشد اکسید گرافن پراکنده شده در اتانول خواص محدودسازی بیشتری نسبت به اکسید گرافن پراکنده شده در آب داشت.
کلید واژه- محدودسازی نوری، جذب غیرخطی، اکسید گرافن، جاروب ..Z
مقدمه
امروزه خواص غیرخطی نوری مواد، کاربردهای بسیار متنوع و پیشرفتهای در صنعت، از جمله سوئیچهای نوری، حفاظت از سنسورها و ... دارد و دانستن این خواص به ما این امکان را میدهد که مواد ارزانتر و باکیفیتتری - به عبارت دیگر مناسبتری - برای این کاربردها پیدا کنیم. ازجمله پارامترهای اپتیک غیرخطی میتوان به ضریب شکست غیر-خطی - n2 - و ضریب جذب غیرخطی - β - اشاره کرد که مطابق با روابط زیر به پذیرفتاری اپتیکی مرتبه سوم مرتبط می-شود:[1]برای محاسبه این ضرایب روشهای گوناگونی وجود دارد از جمله این روشها میتوان به روش جاروب z که توسط شیخبهایی[2] و همکارانش در سال 1989ابداع شد اشاره کرد. از جمله کاربردهای این خواص غیرخطی میتوان به محدودکننده1های نوری اشاره کرد، که برای حفاظت از سنسورها مورد استفاده قرار میگیرند. یک محدودکننده نوری موفق، دستگاهی است که همانند شکل 1 در شدتهای کم - کمتر از یک مقدار آستانه - با افزایش شدت ورودی میزان شدت نور خروجی نیز زیاد میشود ولی در شدتهای بالا - شدتهای که از یک مقدار آستانه بیشتراند - ، با افزایش شدت ورودی، شدت خروجی تغییر نمیکند و در یک مقدار ثابت میماند.
بنابراین از چنین دستگاههایی میتوان برای محافظت از چشم انسان در برابر شدتهای بالا استفاده کردمحدودکنندههای نوری، از پاسخ خصوصیات نوری غیر-خطی2 وابسته به شدت نور ورودی نتیجه میشوند، به این صورت که شدت نور ورودی جذب و ضریب شکست ماده را تغییر میدهد که نتیجه آن کاهش بسیار خوب شدت نور عبوری میباشد، پس بنابراین تعیین اندازه این اثرهای غیر-خطی 3از مواد، بسیار مهم است، زیرا با استفاده از آنها میتوان مواد مناسبی برای استفاده در محدود کنندههای نوری انتخاب کرد.[3]اکسیدگرافن و گرافن یکی از این مواد هستند که خواص غیرخطی و محدودکنندگی خوبی از خود نمایش میدهند4-] [5 و از این رو کاربردهای زیادی در صنعت پیدا کردهاند. در اینجا ما با استفاده از تکنیک جاروب Z به بررسی خواص غیرخطی اکسید گرافن و محدود کنندگی نوری در دو محیط آب و اتانول پرداختیم.
روش تجربی
نانو ذرات اکسید گرافن با استفاده از پودر گرافیت و با روش هامر[4] تهیه شده است. برای تهیه نمونهها مقدار 0,03 گرم پودر اکسید گرافن با 40 میلیلیتر آب - GO-W - و 40 میلی-لیتر اتانول - GO -E - %99 مخلوط شده و سپس با استفاده از دستگاه آلتراسونیک پراکنده شده است.با استفاده از لیزر پیوسته دیودی در طول موج 532 نانومتر اندازه و علامت ضریب جذب غیرخطی نمونهها با استفاده از روش جاروب Z و مدل عدسی گرمایی بررسی شد.[4] فاصله کانونی عدسی استفاده شده در این آزمایش 6 ,29 سانتیمتر و نمونهها در یک سلول کوارتز با ضخامت یک سانتیمتر قرار داده شدند. اندازه کمر لیزر با استفاده از تکنیک اندازهگیری لبه چاقو19,3 4میکرومتر بدست آمد. علاوه بر آن، با استفاده از لیزر پالسی Nd-YAG با طول موج 532 نانومتر و پهنای پالس6 نانو ثانیه خواص محدود سازی نوری نمونهها مورد بررسی قرار گرفت.
1؛-2 بحث و نتیجهگیری
شکلهای 2 و 3 به ترتیب طیف جذب نمونه GO-W و GO-E را نشان میدهد . همانطور که از شکل مشخص است طیف جذبی شامل یک قله در 225 نانومتر و یک قله کوچکتر در 300 نانومتر است که به پیوندهای - * و n- * مربوط میشوند.[4]شکلهای 4 و 5 به ترتیب نمودار جاروب Z روزنه باز را برای دو نمونه GO-W و GO-E را نشان میدهد. مقدار ضریب جذبغیرخطی −2.547 × 10−6 Cm⁄ وW6.077 × 10−4 Cm⁄W به ترتیب برای نمونه GO-W و GO-E نشان میدهد. نتایج نشان میدهد که اکسید گرافن در آب در رژیم پیوسته و در شدتهای کم - KW/Cm2 - از خود جذب غیرخطی قابل ملاحضه ای نشان نمیدهد. این در حالی است که نمونه اکسید گرافن در محیط اتانول در شدت-های کم خواص جذب غیرخطی بزرگی در مقایسه با نمونه GO-W نشان میدهد.
علت امر این است که وقتی نانو ذرات اکسید گرافن تحت تابش نور شدید قرار میگیرند جذب غیرخطی در اکسید گرافن صورت میگیرد و این امر سبب تولید نقاط داغ در اطراف اکسید گرافن میشود سپس این حرارت سریعا به محیط اطراف نانو ذرات منتقل شده و سبب میشود که حلال تبخیر شده و میکرو حباب هایی در اطراف نانو ذرات ایجاد شود. این میکرو حبابها خود به مانند مراکز پراکندگی عمل میکنند. این امر موجب افزایش خواص غیرخطی میشود مشابه این فرآیند در نمونه C60 مشاهده شده است.[6] بررسیها نشان دادهاند که GO-E در شدتهای پایین خواص جذب اشباع و در شدت های بالاتر خواص جذب اشباع معکوس از خود به نمایش میگذارد.[5]
