Study of the nonlinear optical properties of two dimensional nano structures by means of Z-Scan technique

Alipour, Afshin (2018) Study of the nonlinear optical properties of two dimensional nano structures by means of Z-Scan technique. Masters thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text
افشین علی پور 9522524107.pdf

Download (844kB)
Official URL: http://uma.ac.ir/

Abstract

Research Aim:Among the layered structures, MoS2and graphene have been illustrated to be viable for many device applications such as ultrafast lasers, photocatalysts and memristors. Also the optical properties of MoS2and graphene show interesting layer affiliation that makes a potential for them with various nonlinear optical responses like optical limiting, saturable absorption, two-photon absorption, multi-photon absorption and second and third harmonic generations. Indeed, these optical materials are used for photonic devices such as optical limiters, mode-lockers, and Q-switchers. Thus, the aim of our study is to investigate the nonlinear optical properties of MoS2and graphene by the Z-scan technique. Research method:The nonlinear optical response of graphene and MoS2 2D structures is investigated using Z-scan technique, employing continuous wave laser at 532 nm. The Z-scan technique is a sensitive and standard technique that was employed for measuring the sign and magnitude of nonlinear refractive index as well as nonlinear absorption coefficient that offers simplicity as well as high sensitivity. The two measurable quantities are nonlinear absorption (NLA) and nonlinear refraction (NLR). Nonlinear absorption is determined by ‘open-aperture’ (OA) Z-scan. While nonlinear refraction is determined by ‘closed-aperture’ (CA) Z-scan. Furthermore, the technique give the real and imaginary parts of the third-order susceptibility, χ(3), and provide important information about the nonlinear optical properties of the materials. Findings: Obtained nonlinear optical parameters with the result of Z-scan measrements show that the nonlinear optical properties can be tuned by the film thickness and incident laser power in two-dimensional MoS2 and graphene structures. Conclusion:The corresponding thirdorder susceptibilities is determined to be as large as 10-7 (esu) under laser excitation. This large third-order optical nonlinearity, makes these structures suitable for application of optoelectronic devices and phototransistors.

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: مطالعه خواص نوری غیرخطی نانوساختارهای دوبعدی به روش جاروب-Z
Persian Abstract: هدف:از بین ساختارهای لایه‌ای، دی‌سولفید مولیبدن و گرافین کاربردهای مختلفی در ادوات کاربردی مانند لیزرهای فوق سریع، فوتو کاتالیست‌ها، مقاومت حافظه‌دار دارند. همچنین دی‌سولفید مولیبدن و گرافین با خواص نوری جالب و پاسخ غیرخطی مختلف مانند محدود کننده‌گی نوری، جذب اشباع، جذب دوفوتونی، جذب چندفوتونی و تولید هماهنگ دوم و سوم امکان بکارگیری آن‌ها در ادوات مختلف وجود دارد. بنابراین این مواد اپتیکی قابلیت بکارگیری ادوات فوتونیکی مانند محدود کننده‌های نوری، قفل مدها و سویچ کننده‌های Q را دارا می‌باشد. بنابراین هدف مطالعه ما بررسی خواص نوری غیرخطی دی‌سولفید مولیبدن و گرافین به روش جاروبZ- می‌باشد. روش‌شناسی پژوهش:پاسخ نوری غیرخطی ساختارهای دوبعدی دی‌سولفید مولیبدن و گرافین به روش جاروبZ- و بکارگیری لیزر پیوسته با طول موج 532 نانومتر مورد بررسی قرار گرفت. تکنیک جاروبZ-یک روش حساس و استاندارد است که برای اندازه‌گیری مقدار و علامت ضریب شکست غیرخطی و نیز و ضریب جذب غیرخطی به سادگی و با دقت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. از جمله کمیت‌های قابل اندازه‌گیری جذب غیرخطی و ضریب شکست غیرخطی است. جذب غیرخطی با استفاده از حالت دیافراگم باز و ضریب شکست غیرخطی با حالت دیافراگم بسته تعیین می‌شود. علاوه بر این، با استفاده از این تکنیک می‌توان قسمت‌های حقیقی و موهومی پذیرفتاری غیرخطی مرتبه‌ی سوم را نیز بدست آورد، و بنابراین اطلاعات مهمی در مورد خواص اپتیکی غیرخطی مواد ارایه می‌کند. یافته‌ها:پارامتر‌های غیرخطی بدست آمده با استفاده از اندازه‌گیری جاروب-Z نشان می‌دهد که خواص اپتیکی غیرخطی را در ساختارهای دوبعدی دی‌سولفید مولیبدن و گرافین می‌توان با استفاده از ضخامت نمونه‌ها و توان‌های مختلف لیزر فرودی تنظیم کرد. نتیجه‌گیری:پذیرفتاری غیرخطی مرتبه‌ی سوم از مرتبه‌ی(esu)7-10 تعیین گردید. چنین خواص نوری مرتبه‌ی سوم بالا، این ساختارها را کاندیدای مناسبی جهت بکارگیری در ادوات اپتوالکترونیکی و فوتوترانزیستور¬ها معرفی می‌کند.
Supervisor:
SupervisorE-mail
Sattari, FarhadUNSPECIFIED
Mirershadi, SoghraUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
Mortazavi, Seyedeh ZahraUNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Basic Sciences > Department of Physics
Divisions > Faculty of Basic Sciences > Department of Physics
Divisions: Subjects > Faculty of Basic Sciences > Department of Physics
Faculty of Basic Sciences > Department of Physics
Date Deposited: 17 Jun 2019 08:11
Last Modified: 17 Jun 2019 08:11
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/6917

Actions (login required)

View Item View Item