بخشی از مقاله
چکیده- ترکیبات بلور مایع و رنگینه ها به علت خواص غیر خطی میتوانند برای ساخت قطعات سوییچ پذیر مورد استفاده قرار گیرند . در این مقاله با استفاده از چیدمان تداخل سنج ماخ - زندر سوییچ پذیری تمام اپتیکی این ترکیبات مورد بررسی قرار میگیرد بطوریکه در یکی از بازوهای تداخل سنج نمونه مورد نظر توسط لیزر Nd-YAG پمپ شده و تغییرات شدت نوار مرکزی مورد بررسی قرار می-گیرد . در اثر تغییر ضریب شکست نمونه بدلیل بروز ناهمسانگردی القایی لیزری هنگام تابش نورپمپ اختلاف فاز رسیده به نوار مرکزی تغییر کرده و باعث تغییر شدت آن میشود.
-1 مقدمه
بلورهای مایع بواسطه خواص اپتیکی منحصربفردشان یکی از بهترین گزینه های شناخته شده برای کنترل و بکارگیری نور در کاربردهای مختلف محسوب میشوند. خواص بلورهای مایع با نیروهای خارجی متفاوتی قابل کنترل است از جمله؛ دما، میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی، شدت نور - اپتیک غیر خطی - و قطبش نور - ناهمسانگردی اپتیکی - .[1] همچنین بلورهای مایع به علت ناهمسانگردی دیالکتریک بالایی که دارند، غیر خطیت اپتیکی بالایی از خود نشان میدهند، یک نور فرودی پیوسته و یا یک پالس بلند لیزر جهتگیری مولکولی و دمای بلور مایع را به هم میزند حاصل آن ایجاد تغییر ضریب شکست ماده است. آشفتگی در نظم مولکولی بلور مایع از بازجهت یابی مولکولهای LC به واسطه ناهمدوسی بالای بلور مایع ناشی میشود.
به منظور بهبود اثرات غیر خطی LC ، مقدار کمی رنگینه به ترکیب بلور مایع افزوده میشود که نتیجه آن تشدید بازجهتگیری مولکولی القا شده با میدان نوری خواهد بود .[2] به واسظه آلاییدن رنگینه گشتاور اضافه القا شده چندین مرتبه بزرگی تقویت میشود. رنگینهها دارای مولکولهای کم و بیش میلهایی هستند و معمولاً مؤلفه اصلی گذار گشتاور مولکول، برای رنگینههای مثبت در راستای محور بلند مولکولی و برای رنگینههای منفی در راستای محور کوتاه مولکولی میباشد .[3] از اینرو رنگینهها برای دو قطبش متعامد نور ضرایب جذب متفاوتی دارند.
رنگینههای آزو که 60 الی 70 درصد رنگینهها را به خود اختصاص میدهند یکی از مهمترین مواد فوتونیکی آلی با خواص غیرخطی بالا به حساب می-آیند. ترکیبات بلور مایع و رنگینه ها در زمینههای مختلفی از جمله سویچینگ تمام-اپتیکی، حافظههای اپتیکی، نمایشگرها و غیره کاربردهای وسیعی دارند .[4] وقتی مولکولهای رنگینه آزو تحت تابش نور پلاریزه مناسب و با فرکانس نزدیک به پیک جذبی آنها قرار گیرد، نور را جذب کرده و پس از طی چرخههای فوتوایزومرزاسیون سیس-ترانس در نهایت عمود بر راستای میدان الکتریکی نور پمپ جهتگیری میکنند - در مورد رنگینههای مثبت - . به واسطه برهم کنشهای دوقطبی-دوقطبی موثری که بین این مولکولهای رنگینه و مولکولهای LC میزبان وجود دارد در نهایت بازجهت یابی مولکولهای رنگینه در مولکولهای LC نیز القا میشود که منشا سوییچینگ تمام-اپتیکی، این پدیده میباشد.
-2 مواد وروشها
ابتدا مواد مورد استفاده در آزمایش وسپس چیدمان مورد نظر را بررسی می کنیم .
-1-2 مواد
در این آزمایش از بلور مایع 4-Cyano-4'- - 5CB - pentylbiphenylو رنگینه متیل رد - Methyl red - MR با نسبت وزنی 125.6 به 1 استفاده شده است. در این ترکیبات بلور مایع و رنگینه، معروف به DDLC - Dye Doped Liquid Crystal - برای بررسی جهت گیری مولکولهای بلورمایع و قطبش و راستای تابش نور لیزری از هر سه نوع سل بلور مایع یعنی HG،NA،TN با ضخامت 7.9 میکرومتر مورد استفاده قرار گرفته است.
-2-2 روش آزمایش
در این آزمایش تداخل سنج ماخ -زندر مورداستفاده قرارمیگیرد بطوریکه در چیدمان مفروض از لیزر - He Ne بعنوان نور پروپ استفاده شده و در یکی از بازوها نمونه مورد نظر و در بازوی دیگر لنز کروی با فاصله کانونی - برای تبدیل جبهه ی موج تخت به کروی - قرار گرفته است و در محل تلاقی جبهههای موج تخت و کروی که باعث تشکیل نوار های حلقوی روشن وتاریک میشود برای آشکارسازی شدت نوار مرکزی از power meter استفاده شده است. با تابش نور لیزری He-Ne، ازآنجا که مولکولهای بلور مایع دارای خواص غیرخطی چون ناهمسانگردی هستند تابش نور پروپ باعث تغییر شدت نوارهای تاریک و روشن میشوند بعد از اینکه شرایط به حالت پایدار میرسد، توسط لیزر Nd-YAG که در زاویه 30 درجه نسبت به صفحه سل قرار دارد پمپاژ نمونه به مدت 10 دقیقه شروع میشود.
-3-2 نتایج بحث
با تابش نور پمپ مولکول آزو هنگام گذار به تراز انرژی بالا از ایزومر ترانس با تغییر ساختار به حالت ناپایدار سیس میرود. وقتی مولکولهای برانگیخته میخواهند به حالت پایه برگردند کاملاً تصادفی جهت گیری میکنند. این جهت گیری رندوم سبب میشود سیکل تبدیل سیس-ترنس تا وقتی ادامه پیدا کند که آزوها در جهت عمود بر قطبش نور جهت گیری کنند که در این حالت کمترین انرژی برهم-کنش با میدان نور را دارند. در نتیجه مولکولهای رنگینه با تولید یک گشتاور اضافی مولکول-های LC را در جهتگیری کمک میکنند در نتیجه گذارهای ترنس - سیس - ترنس مولکولهای رنگینه و جهت گیری ثانویه آنها در راستای عمود بر قطبش نور تابشی، باعث چرخش مجدد مولکولهای بلور مایع شده و یک ناهمسانگردی القایی درماده ایجاد میشود.
در اثر این ناهمسانگردی ضریب شکست ماده تغییر کرده ونور فرودی ضریب شکست دیگری را متوجه میشود و تغییر ضریب شکست باعث اختلاف فاز در نور عبوری از بازوی حاوی نمونه میشود و در خروجی تداخل سنج نوارهای تداخلی ایجاد شده محو یا ظاهر میشود که این به صورت تغییر در شدت رسیده به power meter ثبت میشود. شکل :2تغییر شدت نوار مرکزی پس از شروع پمپاژتوسط لیزر-Nd YAG بترتیب از چپ به راست در شروع و انتهای پمپاژدرنمونه اول البته در آزمایش صرفا نوار مرکزی را در نظر میگیریم در نمودار شکل 4 با تابش نور لیزری پمپاژ همانطور که در شکل دیده میشود تغییرات متناوب اختلاف فاز رسیده به نوار مرکزی، شدت را در اثر تغییرات ضریب شکست نمونه تغییر میدهد.
