خواص اپتيكي غيرخطي نانوكامپوزيت پلي‌(متا-فنيلين‌دي‌آمين)-نانوذرات باريم تيتانات براي كاربرد در ليزر

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

پلي‌(متا-فنيلين‌دي‌آمين) و نانوذرات باريم تيتانات داراي خواص فيزيكي و شيميايي اميدواركننده‌اي در زمينه‌هاي الكتريكي و اپتيكي هستند. يكي از ويژگي‌هاي جذاب اين مواد رفتار اپتيكي غيرخطي آن‌هاست. اين ويژگي به اين مواد اجازه مي‌دهد تا در فناوري‌هاي پيشرفته، ساخت قطعات نوري مختلف و نيز ليزر استفاده شوند. روش‌ها: دركار پژوهشي حاضر، نانوكامپوزيت پلي‌(متا-فنيلين‌دي‌آمين)-نانوذرات باريم تيتانات (PmPDA/BaTiO3) با پليمرشدن درجا تهيه شد. مواد تهيه‌شده با روش‌هاي مختلف شناسابي شدند. مطالعات اپتيكي غيرخطي مواد با روش پويش-Z با روزنه باز و روزنه بسته براي به‌دست‌آوردن ضريب جذب و ضريب شكست غيرخطي در غلظت‌هاي مختلف 0.3، 0.5 و 0.7mg/L با چهار شدت مختلف در طول موج 532nm بررسي شد. يافته‌ها: نتايج پراش پرتو X و ميكروسكوپي الكتروني گسيل ميداني به‌ترتيب الگوي نيمه‌بلوري و ساختار انبوهه‌اي بي‌نظم را براي نانوكامپوزيت PmPDA/BaTiO3 نشان داد. پايداري گرمايي نانوكامپوزيت به‌دليل وجود نانوذرات BaTiO3 نسبت به PmPDA افزايش يافت. وجود نانوذرات BaTiO3 در نانوكامپوزيت باعث جابه‌جايي پيك جذبي پليمر به سمت طول موج كوتاه‌تر (325nm) شد. نتايج اپتيكي نشان داد، در غلظت‌هاي 0.3، 0.5 و 0.7mg/L با تغيير شدت نور فرودي بر نمونه‌هاي PmPDA، وBaTiO3 و PmPDA/BaTiO3 مقادير ضريب شكست غيرخطي (n2) و ضريب جذب غيرخطي (β) متفاوت به‌دست مي‌آيد. همچنين، نتايج نشان داد، با تغيير شدت، نمونه‌ها داراي ضريب ‌شكست غيرخطي با علامت منفي هستند. اين نتيجه حاكي از ماهيت خودواكانوني نمونه‌هاست كه مي‌تواند نقش مهمي در اصلاح پالس‌هاي ليزري ايفا كنند. همچنين نمونه‌ها، داراي ماهيت جذب اشباع (SA) هستند. اين ويژگي نقش مهمي در ساخت كليدهاي نوري و محدودكننده‌هاي نوري در ليزرها دارد.

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.