خواص اپتیکی غیرخطی نانوکامپوزیت پلی‌(متا-فنیلین‌دی‌آمین)-نانوذرات باریم تیتانات برای کاربرد در لیزر

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دامغان، دانشگاه دامغان، دانشکده شیمی، صندوق پستی 41167-36716

2 دامغان، دانشگاه دامغان، دانشکده فیزیک، صندوق پستی 41167-36716

چکیده

فرضیه‌: پلی‌(متا-فنیلین‌دی‌آمین) و نانوذرات باریم تیتانات دارای خواص فیزیکی و شیمیایی امیدوارکننده‌ای در زمینه‌های الکتریکی و اپتیکی هستند. یکی از ویژگی‌های جذاب این مواد رفتار اپتیکی غیرخطی آن‌هاست. این ویژگی به این مواد اجازه می‌دهد تا در فناوری‌های پیشرفته، ساخت قطعات نوری مختلف و نیز لیزر استفاده شوند.
روش‌ها: درکار پژوهشی حاضر، نانوکامپوزیت پلی‌(متا-فنیلین‌دی‌آمین)-نانوذرات باریم تیتانات (PmPDA/BaTiO3) با پلیمرشدن درجا تهیه شد. مواد تهیه‌شده با روش‌های مختلف شناسابی شدند. مطالعات اپتیکی غیرخطی مواد با روش پویش-Z با روزنه باز و روزنه بسته برای به‌دست‌آوردن ضریب جذب و ضریب شکست غیرخطی در غلظت‌های مختلف 0.3، 0.5 و 0.7mg/L  با چهار شدت مختلف در طول موج 532nm بررسی شد.
یافته‌ها: نتایج پراش پرتو X و میکروسکوپی الکترونی گسیل میدانی به‌ترتیب الگوی نیمه‌بلوری و ساختار انبوهه‌ای بی‌نظم را برای نانوکامپوزیت PmPDA/BaTiO3 نشان داد. پایداری گرمایی نانوکامپوزیت به‌دلیل وجود نانوذرات BaTiO3 نسبت به PmPDA افزایش یافت. وجود نانوذرات BaTiO3 در نانوکامپوزیت باعث جابه‌جایی پیک جذبی پلیمر به سمت طول موج کوتاه‌تر (325nm) شد. نتایج اپتیکی نشان داد، در غلظت‌های 0.3، 0.5 و 0.7mg/L با تغییر شدت نور فرودی بر نمونه‌های PmPDA، وBaTiO و PmPDA/BaTiO3 مقادیر ضریب شکست غیرخطی (n2) و ضریب جذب غیرخطی (β) متفاوت به‌دست می‌آید. همچنین، نتایج نشان داد، با تغییر شدت، نمونه‌ها دارای ضریب ‌شکست غیرخطی با علامت منفی هستند. این نتیجه حاکی از ماهیت خودواکانونی نمونه‌هاست که می‌تواند نقش مهمی در اصلاح پالس‌های لیزری ایفا کنند. همچنین نمونه‌ها، دارای ماهیت جذب اشباع (SA) هستند. این ویژگی نقش مهمی در ساخت کلیدهای نوری و محدودکننده‌های نوری در لیزرها دارد. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of Nonlinear Properties of Poly(m-phenylene diamine)@BaTiO3 Nanocomposite for Laser Application

نویسندگان [English]

  • Ehsan Nazarzadeh Zare 1
  • Saman Rahimi 1
  • Yaser Rajabi 2
1 School of Chemistry, Damghan University, P.O. Box: 36716-41167, Damghan, Iran
2 School of Physics, Damghan University, P.O. Box: 36716-41167, Damghan, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: Poly(m-phenylenediamine) and barium titanate nanoparticles have promising physical and chemical properties in the electrical and optical fields. One of the attractive properties of these materials is their nonlinear optical behavior. This property allows these materials to be used in high-tech systems, the manufacture of various optical parts as well as lasers.
Methods: Poly(m-phenylenediamine/barium titanate) nanoparticles (PmPDA/BaTiO3) nanocomposite was prepared by in situ polymerizations. The prepared materials were characterized by various methods. Nonlinear optical studies of materials were investigated by the Z-scan technique with open aperture and closed aperture to obtain the absorption coefficient and nonlinear refractive index at different concentrations 0.3, 0.5, and 0.7 mg/L with four different intensities at a wavelength of 532 nm.
Findings: X-ray diffraction and field emission electron microscopy results showed a semi-crystalline pattern and an irregular aggregate structure for PmPDA/BaTiO3 nanocomposite, respectively. The thermal stability of the nanocomposite increased due to the presence of BaTiO3 nanoparticles relative to PmPDA. The presence of BaTiO3 nanoparticles in the nanocomposite shifted the absorption peak of PmPDA to a shorter wavelength (325 nm). The optical results show that at concentrations of 0.3, 0.5, and 0.7 mg/L with varying intensity of moderate light on PmPDA, BaTiO3, and PmPDA/BaTiO3 samples, the values of nonlinear refractive index (n2) and the nonlinear absorption coefficient (β) are obtained differently. In addition, the results show that by changing the intensity, the samples have a nonlinear refractive index with a negative sign (n2 <0). This result shows that the samples are self-focal in nature and can play an important role in the correction of laser pulses. The samples also have a saturation absorption (SA) nature. This feature plays an important role in the fabrication of optical switches and optical limiters in lasers.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nonlinear optical properties
  • Nanocomposite
  • barium titanate
  • poly(m-phenylenediamine)
  • laser