17351

17351

بررسي رفتار غيرخطي نوري نانوساختار دوبعدي گرافن و نانوذرات با تركيبات غيرفلزي

دكتري

اتمي مولكولي

ارديبهشت 1396

دكتر بيژن غفاري

فيزيك

رفتار غيرخطي نانوساختارها بعنوان ساز و كار اصلي افزاره¬هاي نوين نوري تلقي مي¬گردد. بدليل ويژگي¬هاي غيرخطي نوري منحصر بفرد نانوساختارها، رفتارهايي چون دوپايداري، جذب اشباع¬پذير، محدوديت نوري، ناپايداري مدولاسيون و ... در آن¬ها قوي¬تر و توان آستانه نوري براي مشاهده چنين رفتارهايي پايين¬تر است. بنابراين، يك پژوهش مدون در بررسي اين رفتارها مي¬تواند روشنگر مسير آينده طراحان و مهندسان افزاره¬هاي نوين نوري باشد. در اين پژوهش، ابتدا رفتار غيرخطي نانوذرات كلوئيدي غيرفلزي با تمركز بر روي جذب اشباع¬پذير، دوپايداري و ناپايداري مدولاسيون مورد بررسي قرار مي¬گيرد. براي اين منظور، روش¬ تحليلي حل معادله توصيف كننده جذب اشباع¬پذير (معادله هاوس) و روش عددي پيش¬بين اصلاحگر براي حل معادله شرودينگر براي اولين بار تبيين گرديده و سپس بكار گرفته مي¬شود تا جواب¬هاي معادلات توصيف كننده بدست آيد. از مدل غيرخطي گاز ايده¬آل براي توصيف خواص غيرخطي نانوذرات كلوئيدي استفاده مي-گردد. در ادامه، تحليلي مبتني بر ديناميك تحول زماني رفتار غيرخطي نانوذرات ارائه مي¬گردد. بر اين اساس، تأثير پارامترهاي مشخصه محيط در رفتار غيرخطي بررسي مي¬شود. در مرحله بعد، رفتار غيرخطي دوپايداري و ناپايداري مدولاسيون در نانوساختارهاي دوبعدي (در اينجا گرافن) مورد بررسي قرار مي¬گيرد. روش¬ تحليلي ماتريس انتقال مبتني بر معادلات ماكسول براي تحليل دوپايداري در محدوده¬هاي فركانس مرئي و تراهرتز مورد استفاده واقع مي¬شود. با اينحال، چون اين روش قادر به تشريح برخي رفتارها مانند ناپايداري مدولاسيون نمي¬باشد، از روش عددي پيش¬بين- اصلاحگر براي بررسي رفتار غيرخطي نانوصفحات گرافن معلق در يك بستر دي¬الكتريك كه در داخل يك تداخل-سنج قرار گرفته¬اند، براي حل معادله شرودينگر غيرخطي استفاده مي¬گردد. در نهايت، پس از تهيه اكسيد گرافن و اكسيد گرافن كاهيده، براي اولين بار دوپايداري و چندپايداري نوري بصورت تجربي گزارش مي-شود.

1396/03/09

1/1/1900 12:00:00 AM

Nonlinear optical behavior of nanostructures is considered as the main mechanism of photonic components. Due to the unique nonlinear optical properties of nanostructures, effects like optical bistability, saturable absorption, optical limiting, modulation instability, etc are stronger and the required optical threshold power is extremely lower. Thus, a comprehensive research is needed to elucidate the pathway for designers and engineers of photonic devices. In this research, firstly the nonlinear optical behavior of nonmetallic nanocolloids are investigated by focusing on saturable absorption, optical bistability and modulation instability. To achieve so, an analytical solution of Haus equation and the predictor-corrector numerical method for solving nonlinear Schrodinger equation are described and used. Nonideal gas model of nonlinearity is also used to explain the nonlinear optical trait of colloidal nanoparticles. Then, an interpretation beased on temporal dynamics is presented. Accordingly, the effect of characteristic parameters is surveyed. At the next step, nonlinear optical behaviors of optical bistability and modulation instability is investigated in 2D nanostructures (here: Graphene). Transform matrix method based on Maxwell equations is utilized for analyzing the optical bistability in the visible and terahertz frequency range. The method is insufficient to investigate the modulation instability. Hence, the predictor-corrector method is used to solve the nonlinear Schrodinger quation in order to investigate the unstable response of a system containing graphene layers dispersed inside a dielectic medium within a Fabry-Perot cavity. Finally, for the first time, the experimental observation of optical bistability and multi-stability is reported for graphene oxide and reduced graphene oxide suspension.