Qual è la tecnica Z-scan?

La tecnica Z-Scan è un metodo altamente sensibile e versatile utilizzato per misurare l'indice di rifrazione non lineare (N ₂ ) e coefficiente di assorbimento non lineare (β) dei materiali. È un metodo a raggio singolo, il che significa che richiede solo un singolo raggio laser per sondare il campione. Questa semplicità contrasta con tecniche più complesse che richiedono più travi.

Ecco una rottura di come funziona:

* L'impostazione: Un campione viene posizionato in un raggio laser gaussiano strettamente focalizzato. Il campione viene quindi tradotto lungo la direzione di propagazione del raggio (l'asse z), da cui il nome "Z-scan". Un rivelatore misura l'intensità della luce trasmessa in funzione della posizione del campione (Z).

* La misurazione: La chiave della sensibilità dello Z-scan sta nel modo in cui l'indice di rifrazione e l'assorbimento non lineari influenzano la propagazione del raggio.

* Refazione non lineare (n <-sub> 2 ): Un materiale con un indice di rifrazione non lineare modifica il suo indice di rifrazione in proporzione all'intensità della luce che passa attraverso di esso. Man mano che il campione si muove attraverso la messa a fuoco (regione ad alta intensità), il raggio subisce un effetto di lente a causa della variazione dell'indice di rifrazione dipendente dall'intensità. Ciò si traduce in una curva di trasmittanza normalizzata caratteristica con un picco seguito da una valle (o viceversa, a seconda del segno di N ₂ ). La separazione tra il picco e la valle è direttamente correlata alla gamma Rayleigh del raggio focalizzato. L'entità del picco e della valle è direttamente proporzionale a N ₂ .

* Assorbimento non lineare (β): I processi di assorbimento non lineari, come l'assorbimento a due fotoni, aumentano l'assorbimento del materiale all'aumentare dell'intensità della luce. Ciò si traduce in una curva di trasmittanza normalizzata con un calo incentrato sul focus. La profondità di questo tuffo è correlata al coefficiente di assorbimento non lineare (β).

* Analisi dei dati: La curva di trasmittanza normalizzata è montata su modelli teorici per estrarre i valori di N ₂ e β. Il modello specifico dipende dal tipo di non linearità misurata (ad esempio, scansione z per l'apertura chiusa per n ₂ , scansione Z di apertura aperta per β e apertura aperta e chiusa combinata per entrambi).

Vantaggi della tecnica Z-Scan:

* semplicità: Richiede un solo raggio e una configurazione ottica relativamente semplice.

* Sensibilità: Altamente sensibile agli effetti sia di rifrazione e assorbimento non lineari.

* Versatilità: Applicabile a una vasta gamma di materiali e lunghezze d'onda.

* Non distruttivo: Generalmente non distruttivo per il campione, specialmente quando vengono utilizzati bassi poteri laser.

Tipi di Z-scan:

* Z-Scan di apertura: Misura solo un assorbimento non lineare. L'intero raggio trasmesso viene raccolto dal rivelatore.

* Z-scan di apertura chiusa: Misura solo rifrazione non lineare. Una piccola apertura viene posizionata davanti al rivelatore, bloccando la porzione esterna del raggio.

* combinato z-scan di apertura e chiusura: Fornisce misurazioni sia della rifrazione non lineare che dell'assorbimento contemporaneamente.

In sintesi, la tecnica Z-Scan è uno strumento potente e ampiamente usato per caratterizzare le proprietà ottiche non lineari dei materiali, offrendo un metodo relativamente semplice ma altamente sensibile per determinare i parametri chiave come N _{2 e β. Queste informazioni sono cruciali per applicazioni in aree come la limitazione ottica, la commutazione ottica e l'elaborazione del segnale interamente ottico.}

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