دانلود رایگان ترجمه مقاله کریستال مایع هالوگرافی با پلیمر پخش شده (MDPI سال ۲۰۱۷)

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

۲٫۳٫ ویژگی‌ای لیزر تابی
نمونه‌ها برای ویژگی‌های لیزر تابی به‌صورت معکوس توسط فرکانس دو برابر شده لیزر پالس دهی شده و کلید دهی شده Q، تحریک نوری شدند. این لیزر پالس دهی شد ه، پمپاژ پالسی به‌اندازه ۱۰ nm و نرخ تکرار ۱۰ Hz و طول‌موج تحریک ۵۳۲nm فراهم می‌کند (صنایع اوپتوالکترونیک جدید) که در شکل ۱c نشان داده‌شده است. سیگنال لیزر تابی خروجی توسط طیف‌سنج توری همراه با فیلتر جمع‌آوری‌شده است. این طیف‌سنج محدودیت وضوحی به‌اندازه ۰٫۲۳nm داشته است. انرژی تحریک توسط شکاف پرتو قطبی نشده (BS) و با هدایت بخشی از انرژی رخداد به انرژی سنج نظارت‌شده است. این کار به‌صورت به لحظه بوده است. پمپاژ پرتو لیزر، بسط داده و میزان شد و تنها بخش مرکزی انتخاب گردید تا پمپاژ متحدالشکل تضمین شود. در ادامه، پرتو تحریک توسط لنزهای لوله‌ای مجدداً شکل‌دهی می‌شوند تا با توجه به نمونه نورمال، پرتو تحریکی با زاویه ۰ و ابعاد ۳mm در ۱mm ایجاد گردد. علاوه بر این، قطبی ساز برای تنظیم قطبیت رخداد مورداستفاده قرارگرفته است. تضعیف‌کننده نوری متغیر برای تنظیم انرژی پمپ شده مورداستفاده قرارگرفته است تا شدت انتشار خروجی را به‌عنوان تابعی از انرژی تحریک موردبررسی قرار دهد.

۳٫ نتایج و مباحثه
۳٫۱٫ ویژگی‌های اسپکتروسکوپی
طیف خالص فیلم، مشخصات اصلی ساختار الکترونیکی و ارتعاشی در ماده ارگانیک را نشان می‌دهد. محیط فعال را می‌توان توسط فهم ساختار الکترونیکی و الکترونیکی به‌خوبی مورداستفاده قرارداد. به‌طورکلی، طول‌موج لیزر تحریک باید با بیشترین طول‌موج جذب تطابق داشته باشد تا به صورتی مؤثر به معکوس جمعیت دستیابی شود. علاوه بر این، حالات حفره باید در طیف بهره در محیط فعال برای عملیات انتشار لیزر تابی و بر اساس قوانین لیزر مشمول شود. علاوه بر این، حالت لیزر تابی باید در موقعیتی بهینه شود که محیط فعال برای عملیاتی با آستانه پایین به‌صورت سامانه‌ای چهار سطحی است. شکل ۲ مشخصات اسپکتروسکوپی در فیلم MEH-PPV محیط فعال و رنگ لیزر DCM را نشان می‌دهد. طیف جذب در فیلم MEH-PPV با پوشش اسپین و رنگ لیزر DCM توسط طیف‌سنج UV-VIS-NIR,UV-3101PC انجام‌گرفته است. رنگ لیزر DCM برای ویژگی‌های اسپکتروگرافی، با نرخ وزن ۰٫۵% در DPHPA/NVP تخدیر شده و در ادامه توسط اقدام مویرگی به داخل سلولی شیشه‌ای تزریق‌شده است. طیف فوتولومینسانس توسط طیف‌سنج F-7000FL اندازه‌گیری شده و طول‌موج‌های تحریک در ابعاد ۵۰۰nm و ۴۸۰nm انتخاب‌شده‌اند تا به ترتیب با قله جذب در MEH-PPV و DCM تطابق داشته باشند. طیف گسترده جذب نشان‌دهنده تک قله‌ای است که در باند طیفی مرئی برای MEH-PPV و DCM به ترتیب در ۵۰۰٫۸nm و ۴۸۰nm قرار دارد و جذب در این موقعیت بیشینه است. پهنای کامل در نصف مقادیر بیشینه (FWHM) در طیف جذب برای DCM و MEH-PPV به ترتیب ۹۰nm و ۱۲۰nm هستند. طیف جذب تصدیق می‌کند که جذب برای هر دو محیط فعال درزمانی که در ۵۳۲nm به نمونه پرتو پمپاژ می‌شود، کافی است. قله‌های طیف PL نشان‌دهنده ساختاری ارتعاشی و الکترونیکی هستند، پهنای انتشار ۰-۰ و ۰-۱٫ نشان‌دهنده انتقال از کف حالت تحریک منفرد به کف حالت اصلی است. این موضوع متناظر با سیستم سه سطحی است. نشان‌دهنده انتقال از کف حالت تحریک منفرد به اولین سطح ارتعاشی از حالت اصلی است. مولکول‌ها در ادامه از طریق آرامش حرارتی به کف حالت اصلی می‌رسند. این موضوع متناظر با سیستم چهار سطحی است. قله‌های و در طیف PL برای DCM و MEH-PPV به ترتیب مراکزی در ۵۹۰nm و ۶۳۴nm دارند. درنتیجه، جابه‌جایی بزرگ استوک‌ها (محدوده طیفی بین قله جذب و قله فلوئورسنس) در DCM و MEH-PPV، انتشارات فلوئورسنس خود را از جذب جابه‌جا می‌کنند و آن‌ها را گزینه‌های خوبی برای استفاده در محیط فعال قرار می‌دهند.

۳٫۲٫ مکانیسم لیزر HPDLC DFB
طبق تئوری موج جفت شده در مورد لیزر DFB، طول‌موج لیزر تابی در خلأ از لیزر HPDLC DFB را می‌توان به‌صورت معادله زیر نشان داد که در آن برابر با شاخص انکسار مؤثر در حالت لیزر تابی، برابر با تناوب توری HPDLC و m برابر با ترتیب انکسار است. معادله ۲ نشان می‌دهد که تناوب توری HPDLC و ترتیب انکسار را می‌توان تغییر داد تا طول‌موج متغیر لیزر تابی از لیزر HPDLC DFB انتخاب شود. قابلیت تنظیم را می‌توان برای ترتیب انکسار ثابت از طریق تناوب‌های متغیر توری به دست آورد. محدوده قابل تنظیم برابر با طیف بهره‌ای است که لیزر تابی در آن کار می‌کند.
میدان نور درزمانی که در فرایند تحریک برای لیزر تابی HPDLC DFB از میان پیکربندی راهنمای موج لایه شیشه/فیلم meh-ppv/توری HPDLC عبور می‌کند، تقویت می‌شود. شاخص انکسار در فیلم MEH-PPV بالاتر از فیلم توری HPDLC و لایه شیشه است به‌طوری‌که میدان نور اساساً در فیلم MEH-PPV محدود می‌شود. این موضوع در شکل ۱b نشان داده‌شده است. علاوه بر این، میدان نور ناپایدار در توری HPDLC حرکت می‌کند و با استفاده از جابه‌جایی گوس-هائنچن مسافتی را طی می‌کند. (جابه‌جایی گوس – هائنچمن در زمان انعکاس داخلی کلی رخ می‌دهد. زمانی که انعکاس داخلی کلی رخ دهد، موج نوری رخداد از محیط شاخص انکسار بالا در محدوده محیط به محیط شاخص انکسار پایین در عمق یک جابه‌جا می‌شود. هیچ انتقال توانی به محیط شاخص انکسار پایین رخ نمی‌دهد. فاصله بین ورودی و خروج موج نوری رخداد در حدود نصف یک است. این مقدار همان جابه‌جایی گوس- هائنچمن است) . درنتیجه، میدان نوری توسط توری HPDLC گزینش و فشرده می‌شود. در ادامه، میدان نوری ناپایدار مجدداً به فیلم MEH-PPV بازمی‌گردد. بنابراین، میدان نوری توسط فیلم MEH-PPV بیشتر تقویت می‌شود و توسط توری HPDLC بیشتر فشرده می‌گردد. در چنین فرایندی، بازخورد مثبت ایجادشده و لیزر درنهایت کار می‌کند. این موضوع در شکل ۱b نشان داده‌شده است.
شکل ۳ مشخصات لیزر تابی در ترتیب ۹ام لیزر HPDLC DFB را نشان می‌دهد. تناوب توری ۱٫۷۲ میکرومتر در نظر گرفته‌شده است تا ترتیب ۹ ام لیزر HPDLC DFB به دست آید. عرض مسیر در فلوئورسنس در MEH-PPV باانرژی تحریک تا آستانه لیزر تابی کاهش پیدا می‌کند. همان‌طور که در شکل ۳A نشان داده‌شده، طول‌موج مرکزی در انتشار لیزر تابی برابر با ۶۱۱٫۹ نانومتر بوده و عرض کامل آن برابر با نصف مقدار بیشینه و ۰٫۶۴ نانومتر است. همان‌طور که در شکل ۲ نشان داده‌شده، این طیف در مقایسه با طیف فلوئورسنت به‌شدت فشرده‌شده است، این موضوع فشرده‌سازی و گزینش ایدئال طیفی در توری HPDLC را نشان می‌دهد. مؤلفه کیفیت به بزرگی ۹۵۶ است. تک قله و مؤلفه کیفیت، لیزر تابی و عملیات حالت طولی منفرد خوبی را تصدیق می‌کنند. شاخص انکسار مؤثر در حالت لیزر تابی ۶۱۱٫۹nm برابر با ۱٫۶۰ است. یک‌قطبی ساز پیش از سیستم شناساگر قرار داده‌شده تا قطبی‌سازی در پرتوهای انتشار را موردبررسی قرار دهد. شدت انتشار به‌صورت تابعی از زاویه دوران محور قطبی ساز در شکل ۳b نشان داده‌شده است. نقاط مربعی تجربی بوده و خط ممتد کسینوسم تناسب با داده تجربی است. میزان قطبی‌سازی به بزرگی ۹۹% است. این موضوع مشخصات قطبی‌سازی-s عالی در پرتوهای انتشار را مورد تأیید قرار می‌دهد.

۳٫۳٫ لیزر تابی سه طول‌موج از لیزر HPDLC DFB با تخدیر رنگ
انتشار لیزر تابی چند طول‌موجی درزمانی عمل می‌کند که حالات حفره در طیف بهره وجود داشته باشد. اثبات‌شده که DCM طیف فلوئورسنت وسیعی دارد. این موضوع در شکل ۲ نشان داده‌شده است. علاوه بر این، انتشار لیزر تابی گزارش‌شده برای DCM با تناوب‌های مختلف توری HPDLC به‌عنوان حفره نوسانی از ۵۷۴ تا ۶۸۵ نانومتر بوده است. بنابراین، انتشار لیزر تابی دو طول‌موج بین دو ترتیب انکسار مجاور هم عمل می‌کند. این اتفاق درزمانی رخ می‌دهد که طبق معادله ۲ دو حالت حفره در طیف بهره در رنگ لیزر DCM وجود داشته باشد. در کار قبلی، گزارش داده‌شده که انتشار لیزر تابی برای MEH-PPV محدوده‌ای از ۵۹۰ تا ۶۵۷ نانومتر دارد، درنتیجه لیزر تابی دو طول‌موج نمی‌تواند در این مطالعه عمل کند. لیزر HPDLC DFB با تخدیر رنگ DCM با تناوب توری گزینش‌شده به‌اندازه ۱٫۷۲ میکرومتر ایجادشده است تا انتشار لیزر تابی سه طول‌موج حاصل شود. شکل ۵a طیف لیزر تابی در لیزر HPDLC DFB با تخدیر رنگ را نشان می‌دهد. انتشار لیزر تابی با استفاده از مکانیسم بازخورد توزیع‌شده برای هر دو محیط فعال MEH-PPV و DCM از مرز نمونه در یک‌زمان جمع‌آوری‌شده است. انتشار لیزر تابی، مرکزی در ۶۰۵٫۰ و ۶۱۱٫۹ و ۶۷۷٫۱ نانومتر دارد که در شکل ۵a نشان داده‌شده است. طیف لیزر تابی خوب، نشان‌دهنده اتکاپذیری در لیزر HPDLC DFB سه طول‌موج است. لیزر تابی ۶۰۵٫۰ و ۶۷۷٫۱ نانومتر از DCM دریافت شده و تأیید می‌کند که این تئوری منطقی است. لیزر تابی ۶۱۱٫۹ از MEH-PPV دریافت شده که تأیید می‌کند لیزر تابی از DCM و MEH-PPV به‌صورت مستقل پخش می‌شوند. علاوه بر این، ترتیب انکسار برای لیزر تابی ۶۰۵ و ۶۱۱٫۹ و ۶۷۷٫۱ به ترتیب ۹ و ۹ و ۸ ام است. شاخص انکسار مؤثر در لیزر تابی ۶۰۵ و ۶۱۱٫۹ و ۶۷۷٫۱ به ترتیب ۱٫۵۸ و ۱٫۶۰ و ۱٫۵۷۲ است. شکل ۵b استقلال شدت انتشار خروجی تا انرژی تحریک در لیزر سه طول‌موج را نشان می‌دهد. شدت لیزر تابی باانرژی تحریک، تا آستانه به‌آرامی بالا می‌رود. آستانه لیزر تابی برای لیزر تابی ۶۰۵٫۰ و ۶۱۱٫۹ و ۶۷۷٫۱ به ترتیب ۱۱٫۸ و ۱۲٫۶ و ۱۴٫۸ میکرو ژول بر پالس است. آستانه لیزر تابی برای لیزر تابی ۶۷۷٫۱ بیشتر از لیزر تابی ۶۰۵ است چون بهره شبکه در مرز بهره به‌شدت کاهش پیدا می‌کند. این اتفاق حتی اگر در ترتیب انکسار پایین‌تر کار کند هم رخ می‌دهد. بهره شبکه برای لیزر تابی ۶۱۱٫۹ کوچک‌تر از لیزر تابی ۶۰۵ و ازاین‌رو مقدار آستانه بالاتر است.

۳٫۴٫ مشخصات تنظیم برای لیزر تابی سه طول‌موج توسط بالا بردن دما
لیزر تابی با توجه به لایه LC نماتیک مثبت در توری هالوگرافی HPDLC، توسط دمای عملیاتی مختلفی تنظیم می‌شود. درزمانی که دما تغییر می‌کند، پیکربندی مولکولی از حالت فاز نماتیک به فاز ایزوتروپیک تبدیل می‌شود (انتقال N-I). دمای انتقال N-I برای LC TEB-30A به‌کاربرده شده در این مطالعه برابر با ۶۱٫۳ است. نمونه در طول پمپاژ نوری در تماس کامل با صفحه داغ بوده و دمای نمونه توسط ترموستاتی بین ۲۰ تا ۷۰ درجه کنترل‌شده است. شکل ۶ مشخصات تنظیم برای لیزر HPDLC DFB با لیزر تابی سه طول‌موج توسط افزایش دما را نشان می‌دهد. قله‌های باریک در هر طول‌موج لیزر تابی دیده می‌شود. این موضوع نشان‌دهنده این است که فعالیت لیزر حفظ می‌شود. مرکز طول‌موج توسط دما به محدوده بالاتری از انرژی جابه‌جا می‌شود. دلیل چنین اتفاقی این است که شاخص انکسار میانگین در LC با دما کاهش پیدا می‌کند و این موضوع بنا بر معادله ۲ منجر به کاهش در شاخص انکسار مؤثر حالت می‌شود. طول‌موج مرکز برای لیزر تابی ۶۰۵٫۰، درزمانی که دما از ۲۰ به ۷۰ افزایش پیدا کند، به ۵۹۶٫۵ جابه‌جا می‌شود. این اتفاق متناظر با ۸٫۵ نانومتر جابه‌جایی آبی است. در دیگر لیزر تابی از DCM، مرکز طول‌موج درزمانی که دما از ۲۰ به ۷۰ افزایش پیدا کند، از ۶۷۷٫۱ به ۶۶۹٫۵ جابه‌جا می‌شود. این موضوع متناظر با ۷٫۶ نانومتر جابه‌جایی آبی است. در مورد لیزر تابی از MEH-PPV، در زمان افزایش دما از ۲۰ به ۷۰، مرکز طول‌موج از ۶۱۱٫۹ به ۶۰۳٫۰ نانومتر جابه‌جا می‌شود. این موضوع متناظر با ۸٫۹ نانومتر جابه‌جایی آبی است که در شکل ۶a نشان داده‌شده است. به عبارتی، محدوده تنظیمات وابسته به دما برای لیزر HPDLC DFB با تخدیر رنگ و سه طول‌موج برابر با ۸nm است. شکل ۶b وابستگی آستانه لیزر تابی در حال کار به دمای عملیات را نشان می‌دهد. آستانه لیزر تابی برای لیزر تابی، درزمانی که دما از ۲۰ به ۷۰ افزایش داشته باشد، از ۱۱٫۸ به ۱۴٫۹ میکرو ژول بر پالس افزایش پیدا می‌کند. در دیگر لیزر تابی از DCM، آستانه لیزر تابی درزمانی که دما از ۲۰ به ۷۰ افزایش پیدا کند، از ۱۴٫۸ به ۱۹٫۴ میکرو ژول بر پالس افزایش می‌یابد. در لیزر تابی از MEH-PPV، آستانه لیزر تابی درزمانی که دما از ۲۰ به ۷۰ درجه افزایش پیدا کند، از ۱۲٫۶ به ۱۵٫۳ میکرو ژول بر پالس افزایش می‌یابد. دلیل چنین افزایشی در آستانه لیزر تابی این است که طبق تئوری موج متصل شده، اتصال با افزایش دما کاهش پیدا می‌کند. دستگاه لیزر با مشخصات سبک‌وزنی، هوشمندی، مقرون‌به‌صرفگی و بهره‌گیری از تولید هالوگرافی تک‌مرحله‌ای، عملیات با سه طول‌موج و قابلیت تنظیم میزان وابستگی به دما در حوزه‌های سنجش و طیف‌سنجی نویدبخش است.