بررسی اثر نانو ذرات نقره بر روی مشخصه‌های عملکرد لیزر رزینه ای با دمش لیزر نئودیوم یاگ

فهرست

چکیده 1

مقدمه. 2

فصل اول – معرفی لیزرهای مایع رنگ (رزینه‌ای)

1-1 مقدمه. 5

1-2 محیط فعال لیزرهای رزینه ای.. 5

1-3 ترازهای انرژی لیزرهای رزینه ای.. 8

1-3-1 جذب حالت پایه. 12

1-3-2 جذب حالت برانگیخته. 13

1-3-3 جذب حالت سه‌تایی.. 14

1-4 دمش لیزرهای رزینه ای.. 16

1-5 اتالون. 16

1-6 مشخصه‌های طیفی لیزرهای رزینه ای.. 19

1-6-1 پهن‌شدگی خطوط طیفی.. 19

1-6-2 پهنای خط لیزر رزینه ای.. 22

1-6-3 سنجه‌ی فابری- پرو. 22

فصل دوم- پلاسمون

2-1 مقدمه. 26

2-2 پلاسمون‌ها 28

2-3 نوسان‌های پلاسما و پلاسمون ها 30

2-4 پلاسمونهای سطحی.. 31

2-5 بر انگیزش نوری پلاسمونهای سطحی.. 32

2-6 میدان پلاسمون سطحی.. 33

2-6-1 استخراج میدان پلاسمون سطحی.. 33

2-6-2 کوانتیده بودن امواج الکترومغناطیسی سطحی.. 35

2-7 برهمکنش موج با ذرات.. 38

2-7-1 پراکندگی نور. 38

2-7-2 اصول کلی پراکندگی نور. 38

2-7-3 انواع پراکندگی نور. 40

2-8 منشأ جذب پلاسمون سطحی.. 45

2-9 ثابت دی‌الکتریک نانو ذرات فلزی.. 46

2-9-1 نورشناسی پلاسما 47

2-10 پدیده‌های تأثیرگذار برجذب پلاسمون سطحی.. 48

2-11 پلاسمون سطحی در محیط فعال رنگینه. 51

2-12 طیف جذبی.. 51

2-13 گسیل خود به خودی.. 53

2-14 محیط فعال لیزر رنگ… 56

فصل سوم- بررسی اثر نانو ذرات نقره بر روی مشخصه‌های عملکرد لیزر رزینه ای

3-1 مقدمه. 59

3-2 چیدمان آزمایش… 60

3-3 عناصر چیدمان. 60

3-3-1 لیزر. 60

3-3-2 سامانه‌ی چرخش رنگ… 61

3-3-3 سنجه فابری پرو. 63

3-3-4 نانو ذرات نقره 63

5-3-3 آزمون پراکندگی نوری ذرات.. 64

3-3-6 دوربین.. 67

3-4 آزمایش… 68

3-5 نحوه محاسبات.. 69

3-5-1 اندازه‌گیری پهنای باند. 69

فصل چهارم – نتیجه‌گیری و ارائه پیشنهاد‌ها

4-1 نتایج محاسبات.. 81

4-2 نتیجه‌گیری.. 84

4-3 پیشنهاد‌ها 85

منابع. 86

پیوست الف-مقاله استخراج شده از پایان‌نامه. 88

فهرست جدول ها

عنوان                                                                                                    شماره صفحه

جدول (1-1) چند نمونه از رنگ­های آلی با ویژگی‌های نوری آن‌ها در اتانول ………………………………………7

جدول (3-1) مشخصات لیزر رزینه ای همراه با لیزر دمش استفاده‌شده در چیدمان………………………………61

جدول (3-2) میزان غلظت نانو ذرات در دفعات آزمایش………………………………………………………………….67

جدول (3-3) درصد میزان جذب نانو ذرات در طول‌موج 532 نانومتر………………………………………………..67

جدول (4-1) پهنای خط محاسبه‌شده در هر مرحله بر اساس غلظت………………………………………………….83

فهرست شکل ها

عنوان                                                                                                    شماره صفحه

شکل (1‑1) مولکول اگزازین…………………………………………………………………………………………………………..6                                                                                                        شکل (1-2) انواع مولکول رودامین. الف)رودامین ب) رودامین 6 ………………………………………………..7

شکل (1-3) ترازهای انرژی یک نمونه مولکول رنگ آلی………………………………………………………………….10

شکل (1-4) الف) طیف جذب و گسیل رودامین 6، ب) سطح مقطع گسیل القایی مؤثر …………………..13

شکل(1-5) نمایش فاینیس ………………………………………………………………………………………………………… 18

شکل (1-6) نحوه­ی تشکیل الگوهای تداخلی سنجه­ی فابری پرو………………………………………………………24

شکل (2-1) پنجره‌های رنگی کلیساها و جام لیرکارگاس در معرض تابش‌های مختلف ……………………….28

شکل (2-2) محلول‌های نانو ذرات طلا و نقره در اندازه‌های مختلف ………………………………………………..32

شکل(2-3) نمودار پاشندگی…………………………………………………………………………………………………………34

شکل(2-4) رابطه پاشندگی با اتلاف………………………………………………………………………………………………37

شکل(2-5) رابطه عمر متوسط دوقطبی برحسب اتلاف…………………………………………………………………….37

شکل(2-6) گسیل القایی برحسب گسیل خودبه‌خودی……………………………………………………………………..38

شکل(2-7) حالات مختلف بهنگام برخورد موج با ذره……………………………………………………………………..38

شکل (2-8) الگوهای پراکندگی نور در برخورد به ذره……………………………………………………………………..41

شکل(2-9) تغییرات میدان در حضور ذرات کروی…………………………………………………………………………..42

شکل(2-10) هنگامی‌که ذره در میدان الکتریکی قرار ندارد………………………………………………………………..42

شکل(2-11) هنگامی‌که ذره در میدان الکتریکی قرار دارد…………………………………………………………………43

شکل (2-12) شبیه‌سازی مدل مای برای طلا (چپ) و نقره (راست) با شعاع 10(خطوط سیاه)، 50 (خطوط خاکستری) و 100 نانومتر (خطوط با دایره). با افزایش اندازه تشدید دوقطبی به سمت طول‌موج‌های بالاتر است. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..45

شکل (2-13) منحنی‌های پاشندگی برای پلاسمون‌ها در یک سطح فلزی…………………………………………….46

شکل (2-14) نوسان الکترون‌های سطحی و الگوی میدان الکتریکی اطراف آن‌ها………………………………….50

شکل (2-15) الف)نمودار 1 طیف جذبی ردامین خالص با غلظت ^6-10×2.1 مولار و نمودار 8 طیف جذبی محلول نقره با غلظت ¹³10×8.8 بر سانتیمتر مکعب را نشان می‌دهند. نمودارهای 7 طیف جذبی مخلوط ردامین و نقره می‌باشند. ب) طیف جذبی محلول ردامین خالص…………………………………………………………53

شکل (2-16) شدت تابش بهنگام اضافه شدن نقره به محلول ردامین………………………………………………….54

شکل (2-17) شدت پراکندگی رایلی برحسب انرژی دمش ………………………………………………………………. 55

شکل (2-18) آرایه­ی مولکولی رودامین G 6 ……………………………………………………………………………….. 57

شکل (2-19) مولکول متانول………………………………………………………………………………………………………..58

شکل (2-20) نمایش مولکول رنگ و نانو ذرات نقره و تشکیل کمپلکس……………………………………………58

شکل (3-1) طرح­واره­ی چیدمان آزمایش برای اندازه­گیری پهنای خط………………………………………………..60

شکل(3-2) لیزر نئودیمیم یاگ در حال کار……………………………………………………………………………………..61

شکل(3-3) سامانه­ی چرخش رنگ………………………………………………………………………………………………..62

شکل(3-4) سلول رنگ………………………………………………………………………………………………………………..62

شکل (3-5) چیدمان آزمایش­. آرایه­ی اپتیکی شامل روزنه، عدسی و سنجه­ی فابری- پرو و آرایه‌ی عکس­برداری از فرانژهای تداخلی………………………………………………………………………………………………………….63

شکل(3-6) نمایه­ای از نور لیزر عبور کرده از آرایه­ی اپتیکی……………………………………………………………..63

شکل (3-7) سنجه فابری پرو – اتالن…………………………………………………………………………………………….64

شکل(3-8) تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری از نانو ذرات……………………………………………………….64

شکل(3-9) نمودار توزیع اندازه نانو نقره در محلول رنگینه بر اساس تعداد…………………………………………65

شکل(3-10) نمودار توزیع اندازه ذرات نانو نقره در محلول رنگینه بر اساس حجم…………………………….. 65

شکل(3-11) نمودار توزیع اندازه ذرات نانو نقره در محلول رنگینه بر اساس شدت……………………………..66

شکل(3-12) تغییرات میزان درصد جذب محیط فعال برحسب غلظت نانوذره…………………………………… 68

شکل(3-13) نحوه قرارگیری دوربین در پشت پرده………………………………………………………………………..69

شکل(3-14) محیط فعال حاوی ردامین خالص …………………………………………………………………………….. 71

شکل(3-15) محیط فعال حاوی ردامین و نانو ذرات نقره با غلظت  اتم در سانتی‌متر مکعب…….72

شکل(3-16) محیط فعال حاوی ردامین و نانو ذرات نقره با غلظت  اتم در سانتی‌متر مکعب…..73

شکل(3-17) محیط فعال حاوی ردامین و نانو ذرات نقره با غلظت  اتم در سانتی‌متر مکعب…..74

شکل(3-18) محیط فعال حاوی ردامین و نانو ذرات نقره با غلظت  اتم در سانتی‌متر مکعب….75

شکل(3-19) محیط فعال حاوی ردامین و نانو ذرات نقره با غلظت  اتم در سانتی‌متر مکعب..76

شکل(3-20) محیط فعال حاوی ردامین و نانو ذرات نقره با غلظت  اتم در سانتی‌متر مکعب…77

شکل(3-21) محیط فعال حاوی ردامین و نانو ذرات نقره با غلظت  اتم در سانتی‌متر مکعب…….78

شکل(3-22) محیط فعال حاوی ردامین و نانو ذرات نقره با غلظت  اتم در سانتی‌متر مکعب…….79

شکل (3-23) مقایسه نمایه نوارهای تداخلی……………………………………………………………………………………80

شکل(4-1) طیف جذب ردامین خالص………………………………………………………………………………………….82

شکل(4-2) طیف جذبی محلول ردامین و نانو نقره………………………………………………………………………….83

شکل(4-3) نمودار تغییرات پهنا برحسب غلظت نانو ذرات نقره………………………………………………………..84