جذب دو فوتون و انتشار تحریک شده در سلنید روی پلی کریستالی با تحریک لیزر فمتوثانیه

در یک انتشار جدید از Opto-Electronic Advances، نویسندگان گروه مهندسی لیزر در دانشکده مهندسی دانشگاه لیورپول، لیورپول، بریتانیا، جذب دو فوتون و انتشار تحریک شده در سلنید روی پلی کریستالی با تحریک لیزر فمتوثانیه را مورد بحث قرار دادند. .

سلنید روی (ZnSe) یک ماده نوری جذاب، نیمه هادی است که از طیف مرئی تا مادون قرمز دور شفاف است، به عنوان مثال به عنوان پنجره در دوربین های حرارتی حسگر حرارت استفاده می شود. در صورت دوپ شدن، تک کریستال ZnSe اساس دیودهای ساطع کننده نور است. با این حال، خواص نوری آن با شدت نور فرودی متفاوت است - که به آن پاسخ غیر خطی می گویند. این حساسیت مطالعه کنونی را هدایت کرده است که در آن قرار گرفتن در معرض پالس های لیزر 200 فمتوثانیه (2×10-13 ثانیه) در مادون قرمز نزدیک در 775 نانومتر باعث انتشار فلورسانس آبی شدید و زیبا می شود - از طریق فرآیندی به نام جذب 2 فوتونی که در آن جذب همزمان دو فوتون با انرژی کم در 775 نانومتر، الکترون‌ها را به سطوح بالاتری خارج می‌کند، جایی که پس از چند نانوثانیه، فوتون‌های فلورسنت آبی با انرژی بالا (460 تا 500 نانومتر) گسیل می‌شوند.

ماده مورد مطالعه در اینجا ZnSe چند کریستالی است - به راحتی در دسترس است، هنوز بسیار خالص و بسیار ارزان تر از مواد تک کریستال است. همچنین مشخص شد که ضریب جذب دو فوتون (b) با شدت تغییر می‌کند و با استفاده از تکنیک Z-scan اندازه‌گیری می‌شود که در آن یک نمونه نازک از ZnSe از طریق یک پرتو لیزر با تمرکز ضعیف در حین اندازه‌گیری تغییر در انتقال منتقل می‌شود. این تغییر در b همچنین استنباط می‌کند که جذب متوالی فوتون (یا جذب حالت برانگیخته) در طول قرار گرفتن در معرض لیزر صورت می‌گیرد و به آن جذب اشباع معکوس می‌گویند. در شدت اوج پایین I < 5 GW cm-2، b = 3.5 سانتی متر GW-1 را در 775 نانومتر اندازه گیری کردیم، مطابق با تحقیقات دیگر - با افزایش شدت به طور قابل توجهی کاهش می یابد.

فلورسانس آبی شدید مشاهده شده ما را تشویق کرد تا در نظر بگیریم که آیا در شدت فوق العاده بالا، انتشار تحریک شده می تواند در ZnSe پلی کریستالی با جذب دو فوتون در 775 نانومتر القا شود یا خیر. این قبلا در ZnSe تک کریستالی مشاهده شده است. از آنجایی که طول عمر فلورسانس 3.3 ns اندازه گیری شد، یک نمونه نازک به ضخامت 0.5 میلی متر در یک حفره نوری کوتاه (10 سانتی متر) نصب شد که بازخورد ارائه می کرد. انتشار تحریک شده در واقع با باریک شدن خط قابل توجهی از پهنای باند Dl = 11 نانومتر (حفره مسدود شده) به Dl = 2.8 نانومتر در حداکثر طول موج lp = 475 نانومتر تأیید شد در حالی که طول عمر حالت فوقانی نیز کاهش یافت. این اولین مشاهده گزارش شده از انتشار تحریک شده در مواد پلی کریستالی است. این نتایج نشان می‌دهد که با شرایط پمپاژ بهینه‌تر و خنک‌سازی کریستالی، ZnSe پلی کریستالی ممکن است از طریق پمپاژ دو فوتون در طول موج ۷۷۵ نانومتر به آستانه لیزر برسد.

سرپرستی گروه مهندسی لیزر در دانشکده مهندسی دانشگاه لیورپول بر عهده پروفسور جف دیردن، متخصص لیزر و فوتونیک است. طی چندین سال، برهمکنش‌های مواد لیزری فوق سریع (با استفاده از پالس‌های فمتوثانیه و پیکوثانیه) با استفاده از، به عنوان مثال فرسایش لیزری برای تولید ریزساختارهای سطح پیچیده دوره‌ای (پیچ کمتر از 1 میلی‌متر) با استفاده از تکنیک‌های نوری پیشرفته و لیزر مورد مطالعه قرار گرفته است. مهندسی تیر بر روی فلزات، پلیمرها و نیمه هادی ها. چنین ساختارهایی در کنترل آب گریزی سطح، پاسخ ضد باکتری، علامت گذاری امنیتی و ریزساختار دقیق اجزای با ارزش بالا برای بخش هایی مانند هوافضا کاربرد دارند. با پالس‌های فمتوثانیه، پلیمرهای شفاف (PMMA) و دی‌الکتریک‌هایی مانند یاقوت کبود از طریق پرتوهای موازی و جذب چند فوتونی با سرعت بالا ساختار داخلی میکرو ساختار یافته‌اند. مهندسی ضریب شکست دوره‌ای حاصل می‌تواند توری‌های Bragg حجمی با کیفیت بالا و با راندمان بالا ایجاد کند که در تحلیل طیفی و ایجاد حسگرهای دمای بالا برای محیط‌های شدید (موتورهای هوا) مفید است.