مقاله دو پایداری اپتیکی در مواد پلیمری

بخشی از مقاله

چکیده - در این مقاله مشاهده ی تجربی دوپایداری اپتیکی در مواد پلیمری که خواص اپتیکی غیر خطی دارند، ارائه شده است. به کمک دو باریکه ی لیزر، با طول موج های - He -Ne - 632/8 nm و - Nd : YaG - 533 nm که با مواد پلیمری برهم کنش میکنند، پدیده ی دوپایداری اپتیکی بررسی شده است. این اثر برای اولین بار در این پلیمر خاص مشاهده شده است. این نتیجه بدون کاربرد هیچ مشددی به دست آمده است.

-1 مقدمه

دوپایداری اپتیکی یکی از اثرات اپتیک غیر خطی می باشد. این اثر به خاطر داشتن کاربردهای فراوان در ساخت ابزارهای اپتیکی مثل لیزر های پالسی و فیبر های نوری در سالهای اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته شده است. ابزارهای اپتیکی دوپایدار از مادهای که دارای ویژگی غیر خطی است، تشکیل میشوند،ماده معمولا در داخل یک مشدد اپتیکی قرار می گیرد. اولین بار دوپایداری اپتیکی در سال 1974توسط گیبس و همکارانش در محیط غیرفعال - غیر لیزری - و غیر برانگیختهی بخار سدیم مشاهده شد. به سیستمی دوپایدار می گویند که در رنجی از ورودی ها،به ازای ورودی یکسان I I دوحالت عبوری IT داشته باشد.

سیستم دوپایدار با تغییر شدت ورودی، رفتار چرخه ای از خود نشان میدهد. با رسم نموداری بر حسب ورودی و عبوری نموداری چرخه ای نتیجه خواهد شد. بسیاری سیستم هایی که هیسترزیس از خود به نمایش می گذارند، وابسته به پارامتر های دیگری به غیر از شدت نور هستند، ولی در دوپایداری اپتیکی سیستم چرخه ای به شدت نور وابسته است. ساده ترین راه برای نشان دادن دوپایداری اپتیکی این است که مادهی غیر خطی در داخل تداخل سنج فابری پرو قرار داده شود.

[1] در این مقاله مشاهدات تجربی دوپایداری اپتیکی، درنتیجهی تداخل دو باریکه ی لیزر در لایه ای نازک از رنگینه ی پلیمری، که روی شیشه لایه نشانی شده است؛ ارائه می شود. در اینجا از مشدد یا تداخل سنج استفاده نشده است. دو پایداری اپتیکی در اثرترکیب دو موج، ابتدا بصورت نظری توسط زوزولیا1 پیشگویی شد. [2] با مشاهده این پدیده در استرنتیوم باریوم نانوبایت، پیشگویی های او بصورت آزمایشگاهی توسط بارابان2 تایید شد .[3] نمونههای آزمایشگاهی دیگری از مشاهده ی دوپایداری اپتیکی در مراجع گزارش شده است. بررسی ما با روشی مشابه اما در روی ماده ای متفاوت متمرکز شده است. .[4]

-2 چیدمان آزمایش

نمونه ی آزمایشگاهی رنگینه ای از پلیمر نوع PMMA می باشد؛ که در روی شیشه ای در ابعاد1cm2 لایه نشانی شده است. نسبت غلظت PMMA به رنگینه %93 به %7 می باشد. این پلیمر برای اولین بار دریکی از آزمایشگاه های داخل کشور تولید شده است. - شکل - 1 از آنجا که اختلاط دو موج با طول موج های متفاوت در نظر می باشد؛ از دو لیزرNd:YaG  با طول موج 533 nm و لیزر He-Ne با طول موج 632/8 nm استفاده می کنیم.

باریکه های دو لیزر در ارتفاعی یکسان و تحت زاویه ی مشخص به هم می رسند و بر هم منطبق میشوند.نمونه در این نقطه قرار میگیرد. این نتایج در زاویه ی 10و 13 به دست آمده است. هدف آزمایش مشاهدهی رفتار دوپایدار برای پرتو ورودی لیزر Nd:YAG وپرتو عبوری لیزر He-Ne میباشد. برای بدست آوردن چنین نتیجه ای باید حلقهی پسماند را نسبت به شدت پرتو های ورودی و عبوری تشکیل دهیم. بنابر این باید شدت ورودی را تغییر دهیم و تغییرات شدت عبوری را بررسی نماییم.

پرتو ورودی ابتدا از قطبش گر یا روزنهی قابل تغییر عبور می کند. که این دو وسیله به عنوان فیلتر برای تغییر دادن شدت باریکهی ورودی به کار می روند. سپس باریکه از شکافنده ی باریکه ،که باریکهی ورودی را به دوقسمت مساوی تقسیم می کند عبور داده می شود. باید توجه کنیم که شکافنده ی باریکه، باریکه را به دو قسمت مساوی تقسیم کند. برای این کار آن را با دقت در مسیر و زاویهی مناسب جایگذاری وشدت هر دو پرتو را بارها با آشکار ساز اندازه می گیریم. نیمی از باریکه به آشکارساز و نیمی دیگر به نمونه میرسد.

باریکهی دوم که از لیزر هلیوم-نئون می تابد؛ در جایی به همراه باریکهی ورودی دریک ارتفاع یکسان به نمونه برخورد می کند و سپس وارد آشکار ساز دوم می گردد. ما نمونه را در محل مناسب با دقت جایگذاری می کنیم؛ به طوری که نمونه دقیقا در محل برخورد دو باریکه باشد و باریکهی قرمز - He-Ne - به صورت عمود به آن برخورد کند. - شکل - 2 .[5] شدت ورودی را لحظه به لحظه از صفر شروع به افزایش میکنیم، بعد از رسیدن به شدت بیشینه، شدت را کاهش میدهیم، تا دوباره به صفر برسیم. شدت باریکهی خروجی را همزمان یاداشت می نماییم. .برای افزایش دقت، شدت باریکهی خروجی را در مدت زمان مشخصی توسط آشکارساز میانگین گرفته و نتیجه را یادداشت می کنیم.

-3 نتایج آزمایش

شدت باریکه ی عبوری قرمز به شدت باریکهی ورودی سبز وابسته است. این وابستگی در شکل 2 نشان داده شده است. زمانی که شدت باریکهی ورودی افزایش پیدا می کند باریکهی عبوری نیز افزایش می یابد و کاهش شدت باریکهی ورودی به کاهش شدت باریکه ی عبوری می انجامد.توجه شود که این آزمایشات با لیزر پیوسته انجام گرفته شده است و بطبع نمودار بدست آمده، از نمودارهای حاصل از آزمایشات مشابه با لیزر پالسی دارای کیفیتی پایین تر خواهد بود. تغییرات شدت باریکهی عبوری، دوپایداری اپتیکی رخداده در رنگینهی پلیمری را اثبات میکند. حلقهی هیستر زیس بدست آمده در موقعیت های مختلف در شکل 4,3 نشان داده شده است.