1 / 17

OPTIČNE TEHNIKE ZA RAZISKAVE POVRŠIN

OPTIČNE TEHNIKE ZA RAZISKAVE POVRŠIN. Podiplomski seminar Avtor: Klemen Kunstelj Mentorica: doc. dr. Irena Drevenšek Olenik Ljubljana, 12.4.2005. Uvod Odziv snovi na svetlobo Nelinearne optične tehnike Podvajanje frekvenc-SHG Seštevanje frekvenc-SFG Zaključek. Vsebina.

lona
Download Presentation

OPTIČNE TEHNIKE ZA RAZISKAVE POVRŠIN

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. OPTIČNE TEHNIKE ZA RAZISKAVE POVRŠIN Podiplomski seminar Avtor: Klemen Kunstelj Mentorica: doc. dr. Irena Drevenšek Olenik Ljubljana, 12.4.2005

  2. Uvod Odziv snovi na svetlobo Nelinearne optične tehnike Podvajanje frekvenc-SHG Seštevanje frekvenc-SFG Zaključek Vsebina

  3. Površinske lastnosti materialov  novi tehnološki postopki in naprave. Adhezija, mazanje, adsorpcija površin; kemični, električni in magnetni vpliv na površino. Nove optične tehnike  Nelinearna optika: Podvajanje frekvenc Seštevanje frekvenc Linearna optika – bolj razširjena Uvod površinsko zelo občutljiva površinsko manj občutljiva

  4. Vpadno elektromagnetno (EM) valovanje v snovi inducira polarizacijo  nastane novo EM valovanje z enako ali drugačno frekvenco. Odziv snovi na svetlobo • Potenčna vrsta inducirane polarizacije po prvotnem polju. Fourierove komponente polja z Geometrijski prikaz vpada svetlobe na monosloj med dvema centrosimetričnima medijema (zrak-1 in voda-2). - Linearna susceptibilnost - Nelinearna susceptibilnost

  5. Podvajanje frekvenc ali second-harmonic generation (SHG) -vhodno EM valovanje s frekvenco   izhodno EM s frekvenco 2. - preučevanje elektronskih prehodov na površini - informacija o povprečni orientaciji molekul na površini Nelinearni optični pojavi • Seštevanje frekvenc ali sum-fequency generation (SFG) -vhodni EM valovanji z 1(vidno-V) in 2(infrardeče-IR) izhodno EM z 1+ 2. - IR valovanje  2je zvezno nastavljiva  resonančni odziv molekul na površini materiala. • Intenziteta SHG ali SFG: ni() - lomni količnik i-tega medija pri frekvenci . • e() – vektor polarizacije EM valovanja pri frekvenci  (s in p). • L() – Fresnelova matrika • Efektivna susceptibilnost 2eff:

  6. Nelinearni optični pojavi • Fresnelova matrika L() je definirana kot: • L() – transmisijska matrika – prehod valovanja iz medija 1 v medij 2. Diagnonalni elementi L():

  7. Laserski sistem - Ti:safir pulzni laser (=800nm, širina pulza 100 fs in repeticija 250 kHz). SHG eksperiment • Detekcijski sistem – fotopomnoževalka s števcem fotonov. • Tekočekristalne molekule 8CB (oktacianobifenil) adsorbirane na polimerno podlago: ζ

  8. SHG eksperiment • Povezava med molekularno hiperpolarizabinostjo(2)in susceptibilnostjo (2)(če je površina sestavljena iz molekul): ζ - transformacija med laboratorijskim (x,y,z) in (,,)sistemom. NS-število molekul na površini. Struktura vzorca  zrcalna simetrija glede na xz ravnino in podolgovatost molekule ( >, ):

  9. Odvisnost SHG signalaod azimutalne rotacije vzorca pri različnih polarizacijskih kombinacijah vhodnega in izhodnega valovanja. SHG eksperiment ζ Smer drgnjenja polimera

  10. SHG eksperiment ζ • Informacija o orientaciji in porazdelitvi molekul na površini. • Gaussova porazdelitev po  - določimo parametra 0in : 0~77º in  = 6º • Fourierova vrsta za azimutalno porazdelitev:  Iz ostalih neodvisnih  določimo an do tretjega reda. • Parameter urejenosti drugega reda:

  11. (1) Pulzni Nd:YAG laser (z =1064nm, širina pulza 25 ps in repeticijo 20 Hz).Vidno valovanje (frekvenčno podvojeno osnovno) z =532nm (E=1.5mJ)in IR valovanje z zvezno nastavljivo  med 2.6-3.7 m (E=70-110J). SFG eksperiment • Opazovanje dela molekule - urejanje polimernih molekul PVA (polivinil alkohol -CH2-CHOH-n)- Primer CH2skupina:  je normala CH2 ravnine,  je smer simetrijske osi CH2 molekule in  pravokotna na  in . (1) X. Wei, X. Zuang, S.C. Hong, T. Goto, Y.R. Shen, Phys. rev. Lett., vol. 82 (21), 4256 (1999);

  12. CH2 vibracije: 2907 in 2940 cm-1simetrično in asimetrično raztezanje CH2 skupine. SSP SPS PPP SFG eksperiment • Simetrično pri 2907 cm-1: IR polarizacija v smeri simetrijske osi CH2 skupine. • Asimetrično pri 2940 cm-1: IR polarizacija v ravnini CH2 skupine pravokotna na njeno simetrijsko. • SFG spektri na območju CH vibracij PVA polimera za tri polarizacijske kombinacije: Simetijska os IR Vidni SFG

  13. SFG eksperiment • Podrgnjena PVA površina: C1 simetrija  tenzor ima deset(xxz, yyz, zzz, xzx = zxx, yzy = zyy, xxx, yyx, zzx, xyy = yxy in xzz = zxz)in  pet neodvisnih neničelnih komponent: Simetričen Asimetričen • S pomočjo se da pokazati: • Efektivna susceptibilnosteff: • Po modelu (2) in (3) za CH2 vibracije velja: Vektorji polarizacije 0  4.5 10-38 m3CV-2 s-1 (2)C. Hirose, N. Akamatsu, and K. Domen, J. Chem. Phys. 96, 997 (1997); (3) C. Hirose, H. Yamamoto, N. Akamatsu, and K. Domen, J. Phys. Chem. 97, 10064 (1993);

  14. SFG eksperiment • Relacija medin : Nihajni način • Gaussova porazdelitev molekul na površini: • Parametri, ki najbolje opisujejo površinsko porazdelitev: =265, = 275 = 355 in 0 = 2.50.7, 0=0=0.

  15. SFG eksperiment • Teoretične (sklenjena črta)in izmerjene (simboli)porazdelitve SFG signala za posamezne polarizaciske kombinacije (SPS, SSP, PPP). • Tabela izmerjenih in izračunanihkomponent • Gaussova porazdelitevje dobra predpostavka. V enotah 10-21 mCV-2s-1

  16. Zaključek • Linearne optične tehnike (slabo površinsko občutljive)  težko ločiti signal s površine od tistega iz notranjosti. • Nelinearneoptične tehnike (površinsko občutljive)  orientacija in dinamika površinskih molekul in zgradba površine. • Neinvazivnost in enostavna uporaba na vseh vzorcih dostopnih svetlobi. • Diagnostika materialov - uporabnost v vsebolj zapleteni in zahtevni sodobni tehnologiji.

  17. Hvala za pozornost!

More Related