Τι είναι η τεχνική z-scan;

Ακολουθεί μια ανάλυση του τρόπου με τον οποίο λειτουργεί:

* Η εγκατάσταση: Ένα δείγμα τοποθετείται σε μια σφιχτά εστιασμένη Gaussian δέσμη λέιζερ. Το δείγμα στη συνέχεια μεταφράζεται κατά μήκος της κατεύθυνσης διάδοσης της δέσμης (ο άξονας z), εξ ου και το όνομα "z-scan". Ένας ανιχνευτής μετρά τη μεταδιδόμενη ένταση φωτός ως συνάρτηση της θέσης του δείγματος (z).

* Η μέτρηση: Το κλειδί για την ευαισθησία του z-scan έγκειται στον τρόπο με τον οποίο ο μη γραμμικός δείκτης διάθλασης και η απορρόφηση επηρεάζουν τη διάδοση της δέσμης.

* Μη γραμμική διάθλαση (n 2 ): Ένα υλικό με μη γραμμικό δείκτη διάθλασης αλλάζει τον δείκτη διαθλαστικής του ανάλογα με την ένταση του φωτός που διέρχεται από αυτό. Καθώς το δείγμα μετακινείται μέσω της εστίασης (περιοχή υψηλής έντασης), η δέσμη παρουσιάζει ένα φακό φακού λόγω της αλλαγής του δείκτη διάθλασης που εξαρτάται από την ένταση. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια χαρακτηριστική κανονικοποιημένη καμπύλη μετάδοσης με κορυφή ακολουθούμενη από μια κοιλάδα (ή αντίστροφα, ανάλογα με το σημάδι του n ₂ ). Ο διαχωρισμός μεταξύ της κορυφής και της κοιλάδας σχετίζεται άμεσα με το εύρος Rayleigh της εστιασμένης δέσμης. Το μέγεθος της κορυφής και της κοιλάδας είναι άμεσα ανάλογο με το n 2 .

* Μη γραμμική απορρόφηση (β): Οι μη γραμμικές διεργασίες απορρόφησης, όπως η απορρόφηση δύο φωτονίων, αυξάνουν την απορρόφηση του υλικού καθώς αυξάνεται η ένταση του φωτός. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια κανονικοποιημένη καμπύλη μετάδοσης με εμβάπτιση με επίκεντρο την εστίαση. Το βάθος αυτής της εμβάπτισης σχετίζεται με τον μη γραμμικό συντελεστή απορρόφησης (β).

* Ανάλυση δεδομένων: Η κανονικοποιημένη καμπύλη μετάδοσης τοποθετείται σε θεωρητικά μοντέλα για την εξαγωγή των τιμών του n 2 και β. Το συγκεκριμένο μοντέλο εξαρτάται από τον τύπο της μη γραμμικότητας που μετράται (π.χ., κλειστή αύξηση z-scan για n ₂ , ανοικτή κάλυψη z-scan για β, και συνδυασμένο ανοιχτό και κλειστό άνοιγμα και για τα δύο).

Πλεονεκτήματα της τεχνικής z-scan:

* Απλότητα: Απαιτεί μόνο μία δέσμη και σχετικά απλή οπτική ρύθμιση.

* Ευαισθησία: Εξαιρετικά ευαίσθητο τόσο σε μη γραμμικά διαθλαστικά όσο και σε απορροφητικά αποτελέσματα.

* ευελιξία: Ισχύει για ένα ευρύ φάσμα υλικών και μήκους κύματος.

* Μη καταστροφική: Γενικά, μη καταστρεπτικά για το δείγμα, ειδικά όταν χρησιμοποιούνται χαμηλές εξουσίες λέιζερ.

Τύποι z-scan:

* ανοιχτό aperture z-scan: Μετρά μόνο μη γραμμική απορρόφηση. Ολόκληρη η μεταδιδόμενη δέσμη συλλέγεται από τον ανιχνευτή.

* κλειστό z-scan: Μετρά μόνο τη μη γραμμική διάθλαση. Ένα μικρό άνοιγμα τοποθετείται μπροστά από τον ανιχνευτή, εμποδίζοντας το εξωτερικό τμήμα της δέσμης.

* Συνδυασμένη ανοικτή και κλειστή aperture z-scan: Παρέχει μετρήσεις τόσο της μη γραμμικής διάθλασης όσο και της απορρόφησης ταυτόχρονα.

Συνοπτικά, η τεχνική z-scan είναι ένα ισχυρό και ευρέως χρησιμοποιούμενο εργαλείο για τον χαρακτηρισμό των μη γραμμικών οπτικών ιδιοτήτων των υλικών, προσφέροντας μια σχετικά απλή αλλά εξαιρετικά ευαίσθητη μέθοδο για τον προσδιορισμό των βασικών παραμέτρων όπως το n ₂ και β. Αυτές οι πληροφορίες είναι ζωτικής σημασίας για εφαρμογές σε τομείς όπως ο οπτικός περιορισμός, η οπτική εναλλαγή και η επεξεργασία όλων των οπτικών σήματος.