ˇˆ papers/19icop19.pdf[3] Mirzaei, A., et al., The Rise Time of Optical Fiber Sensors for Leak...

1

شده دفن ي گازلولهخطوط يابي نشتسازي مدل

توزيعي فيبرنوري حسگر زابا استفاده

3؛ تراز، مجيد2؛ بهرامپور، عليرضا1ميرزائي، اعظم

.، كرمان، ايرانكرمان باهنر شهيد دانشگاه3؛، تهران، ايرانشريف صنعتي دانشگاه2؛ و فناوري پيشرفته، كرمان، ايران صنعتي تكميلي تحصيلات دانشگاه1

مسكوني، مناطق از عبور دره گاز لول خطوط ايمني از نگراني و محيطيتزيسهاي دغدغه انرژي، افزون روز قيمت –چكيده

نوري توزيعي هايحسگر. تاس داده قرار انتقال طوطخ ناييبزير سيساتأت لاينفك جزء را يابينشت و ديدباني هايسيستم

موجود ولامتد هايتكنيك در آن ينمونه كه هستند لوله خطوط پايش در فردي به منحصر و برجسته خصوصيات داراي

لوله خطوط مثل طولاني يسازه يكجهت خاص طور به نوري فيبر طول در نقطه راندر هزا دما يگيرهانداز توانايي. نيست

و محاسبه با گاز شده دفن هايلوله در شكاف يك از تخمين گرما براي رياضي مدل يك مقاله اين در. تاس توجه مورد

.است شده بررسي دقت به گرما در خاك انتقال رفتار سازيشبيه

.توزيعي فيبرنوري حسگر، دما پايش يابي،نشت سيستم ،گاز لوله وطخط - كليد واژه

PACS - 060.0060كد

The Modeling of Gas Pipelines Leak Detection by using of Distributed Optical Fiber Sensor

Mirzaei, Azam1; Bahrampour, Alireza2; Taraz, Majid3.

1Graduate University of High Technology, Kerman, Iran; 2Sharif University of Technology; 3Kerman Shahid Bahonar University, Kerman, Iran.

Abstract- With increasing of energy prices, the environmental concerns and the worries about the safety of gas pipelines passing through residential areas, has been set leak monitoring systems for the transmission lines as an integral part of principle facilities. Distributed optical fiber sensors are consisting of outstanding characteristics in monitoring pipelines that is not available in example of the most common techniques. In particular, the ability of temperature measurement in the optical fiber is considered for long structures such as pipelines. In this paper, a mathematical model has been studied carefully to estimate the heat from a crack in buried gas pipelines with the calculation and simulation of heat transfer behavior in the soil.

Keywords: Gas Pipelines, Leak Detection System, Monitoring, Distributed Optical Fiber Sensor.

PACS No: 060.0060

، دانشگاه سيستان و بلوچستان1391بهمن 5تا 3

2

مقدمه - 1 در كه كنندمي عبور اينواحي از اغلب ،گاز انتقال يلوله خطوط

چون موارديه يا لرززمينزمين، لغزشخطراتي چون ضمعر

قرار دارند كه ...و )يادفي يا تصعمد ورطب(ني انسا عوامل خرابكاري

ه ب بالقوه خطرات اين .كنند مختل را خط از برداريبهره تواننديم

خط شكستگي يا و نشتي آسيب، به منجر توانندمي ثريمو طور

زي ابعد تبعات از اكولوژيكي و اقتصادي يي جداهزينهه. دگردن

خطوط لوله پايش .تندهس لانتقا خطوط شدن خارج مدار

خط شدن خارج مدار از و شكستگي از جلوگيري به منجر واندتمي

تشخيص را آن دقيق موقعيت ،اشكال بروز زمان در و گردد لوله

شده ينههب رداريبهاي بهره، هزينهايمني افزايش باه يجنت در .هدد

پارامتر كاركردي .درسيمخود حداقل به اقتصادي منابع اتلاف و

جريان خطوط كهجاييآن از .مورد توجه، توزيع دماي نشتي است

ستند،ه ركيلومت چندين بازه در اييهلطو با ايلوله ساختار داراي

از استفاده .است لهأمس يك خود ،سازه ساختار طول كل پايش

نصب نيازمند كار اين زيرا است، مليرعغي تقريبا مجزا يهاحسگر

مسيست يك طراحي و پيچيده كشيكابل و حسگر زارانه

يهزينه اوليه، يزينهه بر علاوه كه است، اطلاعات آوريعجم

سعي بر اين شد بنابراين .دارد مراهه به زيادي بسيار داريبربهره

.]2-1[ سيستمي طراحي گردد كه اين مشكلات را نداشته باشد

معادلات رياضيسيستم طراحي شده و -2) Offshore(دور از ساحل يلوله خطوط و گاز لوله خطوط در

پس براي تشخيص و ]3[ بالاست سمت به سيال حركت تهج

نوري بايد در قسمت فيبر حسگرتعيين گاز انتشار يافته، كابل

توان عوامل فوقاني خط لوله نصب شود كه با اين روش نصب مي

را نيز تشخيص داد ) ...و خطاهاي انساني، خرابكاري(خارجي

تفاوت به وابسته نيز نشتي بروز نگامه به دمايي رفتار )).1(شكل (

به. ]4[ باشدمي لوله خط پيرامون محيط و نشتي سيال دمايي

نشتي وقوع محل در فشار افت اثر بر شده آزاد گاز مثال عنوان

.]5[ شودمي خود پيرامون محيط شدن خنك باعث

شده در يك نقطه هاي گاز دفنيابي لولهشده براي نشتسيستم طراحي) 1(شكل

نشت

نشتي تشخيص تهج اطراف خاك و نشتي بين كه مواردي در

خاك دمايي ايهويژگي تغيير به منجر نشتي سيال نباشد، كافي

اطراف منطقه در خاك، دمايي روزانه سيكل و گرددمي اطراف

مسير ايهبخش ساير در تغييرات طبيعي سيكل از متفاوت نشتي

.شودمي داده تشخيص نشتي ترتيب بدين و گرددمي لوله خط

:]6[ يك معادله وابسته به زمان است مربوط به غلظت،معادله

�� + �. �−�� = ��

. است ��/�� ضريب پخش �و ��/��غلظت �كه

شرط مرزي :يك .]7[ دشرايط مرزي سه نوع مختلف هستن

:روددر مرز سوراخ نشت بكار مي و غلظت اوليه است ��كه غلظت

� = �� 2�

:داريمعمودي براي مرزهاي :دو�−��. � = �� − � � �3�

غلظت در يك محلول �و ��/��ضريب انتقال جرم ��كه

بقيه مرزها شامل شرط :سه. حجمي خارج از ساختار متخلل است

:زير هستندمرزي

�−��. � = 0 �4� ر كه د آيددرمي ]8[ اي شكلشرط اوليه به صورت يك تابع زنگوله

$در $طول محور = �داراي مقدار ماكزيمم 0 = :است ��

��%�� = ��&�'()*� �5� باشد، ��/�� 3اگر گاز ما در مرز غلظت، داراي حجم محلول

1: ضريب پخش برابر است با × نظر گرفتن با در .�/��.'10

:شودمي) 1(، معادله ]9[ هندسي همگنيك مدل

/ 0�0% + �. �−�122�� = 0 �6�

گاز .باشدضريب پخش موثر مي �122تخلخل ميانگين و /كه

كند كه در آن مرز خاك ايجاد يك مرز ميدر خاك، پس از نشت

توان شكل را مي - قيفي، مرز دنزميخ اطراف محل سوراخ نشت ي

:]10[ نشان داد)) 2(شكل (به صورت زير

4 = 4�1 + 56 − 1

2 7 8� �7�

:�;�% = <=> , =@6A4 = 8 كه , 8 = B C >

>∗E

ايجادشده شكلمرز قيفي)2(كلش

�4اگر = 300 °�8و = آنگاه 5

4 = 50 °�.

>∗ A

نوزدهمين كنفرانس اپتيك و فوتونيك ايران به همراه پنجمين كنفرانس مهندسي فوتونيك ايران

نمودار تغيير دما بر حسب فاصله افقي در بالاي سطح خاك

بر حسب فاصله يگرمايرسانش نمودار تغيير شار

نمودار شار گرماي كل بر حسب فاصله

پخش گاز در خاك سازي غلظت پس از

30كيلومتر در 2سازي پخش گاز در خاكي به مساحت

سانتيمتر در بالاي لوله گاز و اطراف محل نشت در دو بعد،

توان در هر زمان در هر نقطه از خاك مقدار غلظت گاز را

بر اساس مقدار دبي ورودي گاز نشتي، گاز به سطوح

زدگي باعث سرد شدن خاك و ايجاد يخبالاتر خاك رسيده و

در نتيجه بدست آوردن مقدار غلظت گاز در هر زمان

.هاي گاز باشديابي لولهتواند يك پارامتر مهم در نشت


سازي سيستم طراحي شده

انتقال حرارت پس از نشت گاز

كيلومتر در 2سازي تغييرات حرارت در خاكي به مساحت


بدست توان در هر زمان در هر نقطه از خاك مقدار گرما را

هاله قرمز رنگ بالاي سوراخ همان مرز قيفي شكل است كه

بعد از سه دقيقه تفاوت ليدهد و

قبل از )a .گازخط لولهبالاي خاكانتقال حرارت در

. دقيقه 3

سطح خاكبالاي بر حسب فاصله افقي در

نمودار تغيير دما بر حسب فاصله افقي در بالاي سطح خاك )5(شكل

نمودار تغيير شار ) 6(شكل

نمودار شار گرماي كل بر حسب فاصله) 7(شكل

سازي غلظت پس ازشبيه - 4-2

سازي پخش گاز در خاكي به مساحت با شبيه


توان در هر زمان در هر نقطه از خاك مقدار غلظت گاز را مي

بر اساس مقدار دبي ورودي گاز نشتي، گاز به سطوح . بدست آورد

بالاتر خاك رسيده و

در نتيجه بدست آوردن مقدار غلظت گاز در هر زمان . شودمي

تواند يك پارامتر مهم در نشتمي

a

b

c


3

سازي سيستم طراحي شدهشبيه - 3

انتقال حرارت پس از نشت گازسازي شبيه -1- 3

سازي تغييرات حرارت در خاكي به مساحت شبيهبا

سانتيمتر در بالاي لوله گاز و اطراف محل نشت در دو بعد، 30

توان در هر زمان در هر نقطه از خاك مقدار گرما را مي

هاله قرمز رنگ بالاي سوراخ همان مرز قيفي شكل است كه . آورد

دهد ومي زدگي خاك را نشانيخ

.چنداني نكرده است

انتقال حرارت در سازي شبيه مدل )3(شكل

3از بعد )cدقيقه، 1 از بعد )b نشت،

بر حسب فاصله افقي در نمودار گراديان دما )4(شكل

توان ها و نمودارها به وضوح مشخص است ميهمانطوريكه از شكل

دقت بسيار به راحتي مقدار تغيير دما و غلظت گاز پخش شده را با

جا كه در فيبرنوري كه از آن به از آن. بالا در خاك محاسبه كرد

شود، اثرات پراكندگي حرارتي استفاده مي-توزيعي

رامان و پراكندگي بريلوئن به تغيير دما حساس هستند، و با تغيير

توان با دقت بالا از كند، ميدما شيفت فركانسي و بهره تغيير مي

.نتيمتر محل نشت را پيدا كرد

[1] Fakhraei, L., Mirzaei, A. , et al., Deconvolution Method for Spatial Resolution Enhancement in Brillouin Distributed Fiber Optic Temperature and Strain Sensor", International Conference on Optics and Photonics (ICOP 2012), Venice, Italy, November 14 - 16, (2012).

[2] A. Mirzaei , et al., Time Response of Oil Pipeline Fiber Optic Leak Detector with Brillouin Effect", 17th Iranian Conference on Optics and Photonics (ICOP 2011), International Center for Science, High Technology and Environmental Sciences (ICST), Kerman, Graduate University of Technology (KGUT), Kerman, Mahan, Iran, February 8 - 10, (2011).

[3] Mirzaei, A. , et al., The Rise Time of Optical Fiber Sensors for Leak detection of Buried Oil Pipelines, Internationon Optics and Photonics (ICOP 2012), Venice, Italy, November 14 - 16, (2012).

[4] Mirzaei, A., et al., An Analytical Method to Calculate the Coupled Heat and Moisture Transfer in Soil for Time Response of Buried Oil Pipeline Fiber Optic Leak Detector", 18th Iranian Conference on Physics, Urmia University, Urmia, Iran, September 5 - 8, (2011).

[5] Mirzaei, A. , et al., The Measurement of the Temperature Parameter in Optical Fiber Leak Detection of Buried Oil and Gas Pipelines", 19th Iranian Conference on Physics, Yazd University, Yazd, Iran, August 27 - 30, (2012).

[6] Inaudi, D., Glisic, B., Long-Range Pipeline Distributed Fiber Optic Sensing, 6th InternationalConference, September 25 - 29, 2006, Calgary, Alberta, Canada

[7] L. Thévenaz, M. Niklès, A. Fellay, M. Facchini, Ph. Robert, Truly Distributed Strain and Temperature Embedded Optical Fibers, SPIE conference on Smart Structures and Materials, 1998, Vol. 3330, p 301-314.

[8] B. Glisic, D. Inaudi, Sensing Tape for EOptical Fiber Sensors in Composite International Conference on Optical Fiber Sensors, October 1317, 2003, Nara, Japan, Vol.1, p291-298.

[9] Marc Niklès, Bernhard Vogel, Fabien Briffod, Stephan Grosswig, Florian Sauser, Steffen Luebbecke, André Bals, Thomas Pfeiffer, Leakage Detection using Distributed Temperature Monitoring, 11th SPIE Annual International Symposium on Smart Structures and Materials, March 14-18, 2004, San Diego, USA.

[10] Marc Niklès, Fabien Briffod, R. Burke, G. Lyons, Greatly Extended Distance Pipeline Monitoring using Proceedings of OMAE05, 24th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, June 12Halkidiki, Greece.

[11] L. Thévenaz, M. Facchini, A. Fellay, Ph. Robert, D. Inaudi, B. Dardel, Monitoring of Large Structure using Brillouin Fiber Sensing ,SPIE, OFS-

Conference on Optical Fiber Sensors, Kyongju, Korea'(1999), Vol 3746, p 345-348 ,13.

، دانشگاه سيستان و بلوچستان

)a. در خاك بالاي لوله خط گاز) غلظت(سازي پخش گاز

.دقيقه 3بعد از

دقيقه اول، a( 1. نمودار غلظت گاز در خاك بالاي لوله برحسب فاصله

گيري نتيجه -4

همانطوريكه از شكل

به راحتي مقدار تغيير دما و غلظت گاز پخش شده را با

بالا در خاك محاسبه كرد

توزيعي حسگرعنوان

رامان و پراكندگي بريلوئن به تغيير دما حساس هستند، و با تغيير

دما شيفت فركانسي و بهره تغيير مي

نتيمتر محل نشت را پيدا كرددرجه سا

مراجع

Deconvolution Method for Spatial Resolution Enhancement in Brillouin Distributed Fiber

, International Conference 012), Venice, Italy, November

Time Response of Oil Pipeline Fiber Optic ", 17th Iranian Conference on

Optics and Photonics (ICOP 2011), International Center for ology and Environmental Sciences (ICST),

Kerman, Graduate University of Technology (KGUT), Kerman,

The Rise Time of Optical Fiber Sensors for , International Conference

on Optics and Photonics (ICOP 2012), Venice, Italy, November

, et al., An Analytical Method to Calculate the Coupled Heat and Moisture Transfer in Soil for Time Response

Detector", 18th Iranian Conference on Physics, Urmia University, Urmia, Iran,

The Measurement of the Temperature Parameter in Optical Fiber Leak Detection of Buried Oil and

erence on Physics, Yazd 30, (2012).

ipeline Monitoring By nternational Pipeline

29, 2006, Calgary, Alberta, Canada. L. Thévenaz, M. Niklès, A. Fellay, M. Facchini, Ph. Robert,

emperature Sensing using ibers, SPIE conference on Smart Structures

Easy Integration of omposite Structures, 16th

International Conference on Optical Fiber Sensors, October 13-

Marc Niklès, Bernhard Vogel, Fabien Briffod, Stephan Grosswig, Florian Sauser, Steffen Luebbecke, André Bals,

etection using Fiber Optics onitoring, 11th SPIE Annual

ures and Materials,

Marc Niklès, Fabien Briffod, R. Burke, G. Lyons, Greatly onitoring using Fiber Optics,

International Conference on ctic Engineering, June 12-17, 2005,

L. Thévenaz, M. Facchini, A. Fellay, Ph. Robert, D. Inaudi, tructure using Distributed

-13th International

Fiber Sensors, Kyongju, Korea'(1999),

b

a

b

c

a


4

سازي پخش گاز مدل شبيه )8(شكل

بعد از )cدقيقه، 1بعد از )b قبل از نشت،

نمودار غلظت گاز در خاك بالاي لوله برحسب فاصله -)9(شكل

b( 1 دقيقه سوم.

1

ب دادن آن سىتصکلسید آلمیىیم آبداز ي زست بمیت اش زيش زسب اش ومک فلصی، با استفاد اش واوذزادز ایه پژيص –چکید

. طیف جرب وزی محلل تلید ضدگسدید واومتس تطکیل 331تا 111 ابعادی ی دز گستس محلل، واوذزات بمیت pHضد. با تغییس

دي قل دز طیف بد. یکی اش ایه قلل متأثس اش اوداش ي تشیع اوداش ذزات است. ی يجد دىد نگیسی ضد ک وطا اوداش

، خاظ سیاذاص رس تويت، -وليذ اط

PACS –0530-530وذ

Boehmite nano particles: synthesis and effect of particle size on the optical

properties

Parvane Barkhordari Ahmadi1, Majid Rashidi Huyeh1, and Mahdi Shafiee Afarani2

1. Department of Physics, Faculty of Science, University of Sistan & Baluchestan, Zahedan, Iran

2. Department of Materials and Metalogy, Faculty of Science, University of Sistan & Baluchestan, Zahedan, Iran

Abstract- In this study, boehmite nanoparticles were synthesized via hydrolysis of metal salts. Aluminium Chloride was used

as starting material. First a solution of Aluminium salt was prepared then this solution precipitated and peptized again. By pH

variation of solution, the boehmite nanoparticles are created in a range of 110-380 nm in diameter. The optical absorption

spectrum of solution was measured which present two picks. One of them is affected by the particle size and them

distribution.

Keywords: Boehmite, particle size, optical properties

PACS No: 350.0350

واوذزات بمیت: سىتص ي اثس اوداش ذزات بس خاظ وزی

2 دوتش هذی ضفيؼی آفاسای 1، دوتش هديذ سضيذی ی1پشا تشخسداسی احوذی

98135-674سيستاى تلچستاى، صاذاى، وذپستی داطگا داطىذ ػلم، گش فيضیه،. 1

-674سيستاى تلچستاى، صاذاى، وذپستی داطگا ثخت،داطىذ هذسی ضيذ يى ، هتالطی هاد گش. 2

98135

، داطگا سيستاى تلچستاى1391توي 5تا 3

2

مقدم -1

اص هاد تا یی هو دست (MOاوسيذای فلضی )

واستشدای تسياسی دس حص ػلن فاسی ستذ. تست

اوسيذای فلضی ت اسیطاى، تشخی اص ای ضىافت

ضذ دس حالی و تمي تا دس ظش گشفت سساا ػاى يو

ظش گشفت تش ت ػاى ػایك دس اسی تضسي ای ضىاف

اسی تا ضىاف MO سساای اص لحاظ سی، يو ضذ. هی

داسد دس حالی فشاتفصخزب هشئی یا ضدیه ev 5/3صیش

ضد. چيي خزتی هطاذ وی MOػایك الؼی دس و

تاذ ت طس تا تخ ت هايت فلض هی MOاسی ضىاف

اص سی دیگش خاظ سی . ]1[اضذلاتل تخی هتفات ت

ت تاضذ. ا هی أثش اص اذاص ضىل آىایي گ هاد هت

، گاهی و 2TiO ل، تایح طاى داد وػاى هثا

یاتذ، ضىاف اهتش واص هی 17 ت 29اذاص رس اص

واص ev 173/3 ت 239/3اسی ت طس یىاخت اص

یاتذ افضایص هی ev 289/3تا 173/3اص یافت است. سپس

اهتش واص یافت 8/3ت 17گاهی و اذاص رس اص

ی دذ رس طاىاست. تغييش ضىاف اسی اضی اص اذاص

خزب وچىی سثت ت ول طيف هثغ تا یه پدش

اوسيذا،. ]2[تاضذ هی اهتش 400تا 380 س یؼی اص

يذسوسيذای آلهييم وایذ يذسوسيذا اوسی

ت ػاى . ایي هادتاضذ هی تضسگی اص هاد هؼذی ی دست

س سيؼی دس غؼت استفاد هاد خارب واتاليضس ت ط

( یه ع يذسوسيذ ALOOH) تويت. ]3[ضذ هی

هوی تشای هاد الي آلهييم است و اص لحاظ غؼتی

ضسا آلهيای استفاد ضذ دس تليذ واتاليتليذ

تويت ت ػلت اسصاى تدى، پاضذگی .]4[است ا خارب

ساحت سطحی تالا ت ػاى تالا، خاظ واتاليستی ه

ا، تشای تليذ واتاليضسای پيطشفت، خارب هاد الي

ای الىتشیىی سی هختلف، آلهيا، سشاهيه دستگا

حاغل ضذ اص آلهيا، غطاء، هاد تا خاظ دسخطذگی

تويت هؼولا تا . ]5[ضد ا استفاد هی سی سوص

استفاد اص تشويثات آلهييم اسط هاذ آلىاوسيذای

ضد. ای آلهييم هؼذی تي هی آلهييم یا وه

طل -تويت و تذیي گ تي ضذ تشای فشآیذ سل

ضد. الثت تشخی اضىالات ن دس استفاد اص استفاد هی

يم یا آلىاوسيذا تشای تي آلهيا ای آلهي وه

دس ایي همال اتتذا ت سش استفاد ضذ .]6[خد داسد

آب همطش اضاس خت تليذ ارسات تويت هؼلك دس

ای هختلف ضد. سپس طيف خزب سی هحلل هی

گيشد. تليذ ضذ هسد تشسسی لشاس هی

سىتص -2

( AlCl3.6H2O, MERCKگضايذسات ولشیذ آلهييم )

ت ػاى هاد الي استفاد ضذ. دس اتتذا هحلل ولشیذ

تا حل ضذى همذاس هطخػی گضايذسات ولشیذ آلهييم

تظين pH 3 آلهييم دس آب همطش تي هحلل دس

ت آساهی ت ػاى (MERCK) گشدیذ. هحلل آهيان

pHػاهل سسب دس هحلل ولشیذ آلهييم اضاف ضذ تا

سب تا افضدى آهيان، س افضایص یاتذ. 9ت هحلل

ساػت دس دهای 2ت هذت طلاتيی تطىيل گشدیذ. سسب

سپس سسب سا ساتشیفط وشد تا ضذ. اتاق گذاسی

ای ولشیذ اص آى خذا ضذ. سسب ت دست آهذ سا یى

تا آب همطش سليك وشد تا اضاف ودى اسيذ يتشیه

(MERCK )سل پایذاس دس هحذد سليكpH 5/2 3تا

تي گشدیذ.

وتایج ي بحث -3

( اص XRDتایح تشآهذ اص تحليل پشاش اضؼ ایىس )

آهذ 1هحللی و ت طس هطات ساخت ضذ دس ضىل

اػذاد تاضذ. و تياگش تطىيل فاص تويت هیاست

هطخع ضذ سی ش پيه هشتط ت فاغل تيي غفحات

ای پشاوذگی است. م هتاظش تا صایتش حسة آگستش

تا واست استاذاسد تويت ت ضواس 1ای ضىل پيه

ا تطىيل فاص تويت سا هطاتمت داسد. ایي پيه 832384

وذ. تأیيذ هی

]7[سل تويت( XRDگی پشاش اضؼ ایىس )ال :1 ضىل

صدويي وفشاس اپتيه فتيه ایشاى ت وشا پدويي وفشاس هذسی فتيه ایشاى

3

تشیع اوداش ذزات -3-1

استفاد ضذ. سش ت هظس تؼييي اتؼاد رسات اص اسایضس

تاضذ. تایح واس دس ایي دستگا تش اساس پشاوذگی س هی

اتی تا اذاص ی خد رس دذ گيشی طاى حاغل اص اذاص

pHاهتش اتست ت 380تا 110ی هتسط دس گستش

تایح ت تشتية آهذ است. 2دس ضىل تاضذ. هحلل هی

وداس هشتط ت رسات تا ضد گ و هلاحظ هی واى

اهتش است. 48داسای پای اهتش 110اذاص هتسط

پای وداسای هشتط ت تصیغ رسات تا اذاص هتسط

اهتش 143 105اهتش ت تشتية 380 308

ضد و تا افضایص اذاص ارسات تاضذ. هطاذ هی هی

یاتذ. اذاص رسات افضایص هیپای هشتط ت تصیغ فشاای

و ایي تفات سی خاظ سی ارساتسد اتظاس هی

ی اتستگی خزب س تخص تؼذتأثيش داضت تاضذ. دس

ارسات ت تصیغ اذاص رسات تضيح داد ضذ است.

100 200 300 400 500 600 700

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

No

rma

lise

Ab

un

da

nce

Pa

rtic

les S

ize

particle size(nm)

380nm

308nm

110nm

تويتتشای س هحلل ارسات تصیغ اذاص رسات وداس :2ضىل

جرب وزی -3-2

خاهضی ت هظس تشسسی خاظ سی هحلل، طيف

گيشی اذاص T80هذل UV-Visتا استفاد اص دستگا ا آى

(Tا، هيضاى ػثس ) گ دستگا ایي دس دس الغ ضذ.

ضد. لزا همذاس ضشیة خاهضی و ضاهل گيشی هی اذاص

ت دست T-1تاضذ ت غست خزب پشاوذگی هی

د لل تطىيل ضذ است. آهذ 3تایح دس ضىل آیذ. یه

300. لل دم تشای ش س هحلل دس طل هج است

اهتش تطىيل ضذ دس حالی و لل ال اتست ت

238تا 228هطخػات هحلل دس طل هخی تيي

س هطاذ تتش ایي ىت، ت هظ اهتش لشاس گشفت است.

آهذ 4ی ال دس ضىل ت للسثت تداس ضذ طيف

هتأثش اص الضد، لل گ و هطاذ هی است. واى

ط ت د هحلل ای هشت للتاضذ. اذاص تصیغ رسات هی

تا ن ذاسذ و تفات صیادی 380 308تا اذاص رسات

236ش وذام ت تشتية دس طل هج تمشیثا هطات است

وداس تداس دس ایي د لل .افتذ هی اهتش اتفاق 238

هشتط ت هحلل تا اذاص لل ضذ تمشیثا تش ن هطثمذ.

اهتش تطىيل ضذ 228طل هج دس اهتش 110رسات

ت ظش داسد. سثت ت د لل دیگش تفات تيطتشی است

سسذ ایي هحلل خزب ووی داضت تاضذ ایي هی

هطاذ هج هشتط ت ش لل طل اختلافی و دس

تاضذ تا تضسي وين احتوالا هشتط ت پشاوذگی هی هی

ای تضسگتش تطىيل ا دس طل هج لل ،ضذى اذاص رسات

ياص ت تشسسی تيطتشی ا تش ایي لل دليكسفتاس ذ.ض هی

داسد.

200 250 300 350 400 450 500

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

Exta

ntio

n

Wavelength(nm)

d=110nm

d=308nm

d=380nm

يت تا اذاص رسات سل تو (UV-Vis) خاهضیطيف :3 ضىل

هختلف

200 250 300 350 400 450 500

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

No

rma

lise

Exta

ntio

n

Wavelength(nm)

d=110nm

d=308nm

d=380nm

سل تويت (UV-Vis) خاهضیضذ طيف وداس تداس :4 ضىل

تا اذاص رسات هختلف

تلچستاى ، داطگا سيستاى 1391توي 5تا 3

4

گیسی وتیج -4

اذاص رسات ات هؼلك دس آب همطش تويت ارسات

pH تا تغييش سش سسب اص وه فلضی هختلف ت

گيشی اتؼاد، هثيي ت اذاص تایح هشتط ضذ. هحلل تليذ

تاضذ. اهتش هی 380تا 110 خد ارساتی دس هحذد

د لل دس طل ا، گيشی طيف خاهضی هحلل تا اذاص

اهتش هطاذ ضذ و لل ال 300 228 ای هج

238تا 228هىاى تطىيل آى اص ،اتست ت اذاص رسات

هی هستمل اص اذاص رسات اهتش تغييش وشد است د

تاضذ. هی

مساجع

[1] J. Z. Zhang, Optical properties and spectroscopy of

nanomaterials, University of California, Santa Cruz, 2008.

[2] H. Lin, C. P. Hang,W. Li, C. Ni, S. Ismat Shah, Yao-

Hsuan Tseng, Size dependency of nanocrystalline TiO2 on

its optical property and photocatalytic reactivity

exemplified 2-chlorophenol, Applied Catalysis B:

Environmental 68 (2006) 1-11. [3] D. Tunega, H. Pasalic, M. H. Gerzabek and H. Lischka,

Theoretical study of structural, mechanical and

spectroscopic properties of boehmite, J. Phys.: Condens.

Matter 23 (2011) 404201. [4] X. Zhang, Nanocrystalline functional alumina and

boehmite materials: synthesis, characterization and

applications, Tampere University of technology, 2009. [5] G. Eroglu, Isocyanate functionalization of nano-boehmite

for the synthesis of polyurethane organic-inorganic hybrid

materials, Middle East technical university, 2011. [6] M. Thiruchitrambalam, V. R. Palkar, V. Gopinathan,

Hydrolysis of aluminium metal and sol-gel processing of

nano alumina, Materials Letters 58 (2004) 3063-3066.

طل -تي سل تويت ت سش سل اهيي، آتادی، ػلی حاهل [7]طتويي وایص ،تشای پضص دی پای غطاء سشاهيىی

هشوض حميمات فاسی ا داطگا ػلم -داطدیی فاسی ا

.1389، پضضىی هطذ

1

کتبی مرتب چبر محبسب -راوگاستفبد از ريش س معبدلات آىگ ارائ ضذ ي ببببی عذدی ک براس در ایه مقبل ريش -چکیذ

مرد InAs/InP پبی ي حبلت براوگیخت یک سیستم لیسروقط کاوتمی اورشی حبلت اوذ، برای مطبلع دیىبمیک حبمل در ديتراز ضذ

استفبد قرارگرفت است. مذل يالص مستقیم ارائ ضذ ضبمل ديتراز متفبيت در درين وقط کاوتمی می ببضذ. مقبیس بیه ایه ديتراز

می ضد. مچىیه برای پی بردن ب دیىبمیک لیسروقط InAs/InPمىجر ب یک درک کیفی از مىطبء لیسردی در لیسروقط کاوتمی

.تمی، وتبیج عذدی در تغییرات جمعیت حبملب ي فتوب در زمبوبی يالص متفبيت ارائ ي بررسی ضذ اوذکاو

.تشاص اشطی، تاى خشجی، صهاى الش، ليضس قط كاتهی، هعادلات آگ -كليذ اط

PACS - 032020320كذ

Simulation of relaxation time effect between levels on photons and carriers

population in ground state and excited state for InAs/InP quantum dot

lasers Hadi Hamed(1), Rajaei Esfandiar(2), Fali Alireza(3)

Department of Physics, Faculty of Science, University of Guilan, Guilan

(1)[email protected], (2)[email protected], (3)[email protected]

Abstract- article numerical models that based on rate equations are presented and by using of fourth order Runge-Kutta

method is calculateed, to study carrier dynamics in the two ground state and exited state energy levels of an InAs/InP

quantum dot (QD) laser system. Direct-relaxation model is presented and contains of two energy levels in quantum dot. The

comparison between these two energy level leads to a qualitative understanding of the origin of the two-state lasing in

InAs/InP quantum dot (QD) lasers. In order to investigate the QD laser dynamics, numerical results for the variations of

carriers and photon densities in different relaxation times are also presented and discussed.

Keywords: Energy level, Output power, Relaxation time, Quantum dot laser, Rate equations.

PACS No: 230.0230

ضبی سبزی اثر زمبن يالص بیه ترازی بر جمعیت حبمل ب ي فتن ب در ترازبی

InAs/InPحبلت پبی ي براوگیخت در لیسر وقط کاوتمی

3 عليشضا فالی 2اسفذیاس سجایی 1حاهذ ادی

گش فيضیک،داشکذ علم،داشگا گيلاى

(1)[email protected], (2)[email protected], (3)[email protected]

سيستاى بلچستاى، داشگا 1311بوي 5تا 3

0

مقذم -1

عولکشد بالای ليضسای قط كاتهی سبت ب دیگش

ا اای هتذال، دس بسياسی اص یظگیليضسای يو سس

[، پایذاسی دهایی، كاسایی 1ظيش جشیاى آستا پائيي]

[ هجب تسع 0هذلاسيى بالا] كاتهی بالا سشعت

ایي ع ليضسا شذ است0 یکی اص دستاسدای ليضس قط

كاتهی، كاش ضی ا دس بسياسی اص كاسبشدا اص

ات هی باشذ؛ ك ب عاى هثال جول دس اتقال اطلاع

يضس ك هجش ب حزف تاى اص كاش هقاهت دهایی ل هی

اخيشا بشسسی استاذاسدی شد، ام بشد0 خک كذ هی

بشای استباطات سی با هسافت ای طلای، هجب

دس طل هج InAs/InPتسع ليضسای قط كاتهی

هيکشهتش شذ است0 دیاهيک الش ليضس قط 55/1

[، 3بشای هذل الش آبشاسی ] InAs/InPكاتهی

[0 4بشای هذل الش هستقين بشسسی شذ است ]

يض InAs/InPيي طيف تابش ليضس قط كاتهی وچ

[50هسد هطالع قشاس گشفت است ]

ارائ مذل تئری -2

بایذ InAs/InPبشای بشسسی دیاهک ليضس قط كاتهی

هعادلات آگ سا 1با استفاد اص هذل اس اشطی شکل

بذست آسین0

كاتهی : وداس طشحاسی اص هذل الش دس ليضس قط 1شکل

InAs/InP 0

واطس ك دس شکل بالا هشخص است دس ایي هذل س

ا دس قط كاتهی دس س GS تشاص ES، تشاص WLتشاص لای

این ك الش فشاس حاهل ا اص ایي تشاصا ب ظش گشفت

یکذیگش سا دس ظش هی گيشین0

معبدلات ریبضی -2-1

هعادل 5، هی تاين 1با دس ظش گشفتي وداس شکل

[:3آگ سا ب شکل صیش بياى وایين ]

(1 )sponWL

WLGSWL

GS

WL

ESWLES

WLESWL

ESWL

Nf

N

fNN

e

I

dt

dN

(0 )ES

B

ESESgBspon

ES

ES

GSESGS

ESESWL

ES

ESGSES

GSESWL

ES

WLES

SN

NavN

N

fNN

fN

fN

dt

dN

)12

(

(3 )GS

B

GSGSgBspon

GS

GS

ESGSES

GSGSES

GS

ESGSWL

GS

WLGS

SN

NavN

N

fN

fN

fN

dt

dN

)1(

(4 )sponES

ESsp

p

ES

ESB

ESESgB

ES

NS

SN

NavN

dt

dS

)12

(

(5 )sponGS

GSsp

p

GS

GSB

GSGSgB

GS

NS

SN

NavN

dt

dS

)1(

(، هعادلات آگ ليضس قط كاتهی 5( تا )1هعادلات )

InAs/InP ك با حل وضهاى ایي هعادلات باشذ هی

تاين سفتاس دیاهيکی ليضس سا هطالع وایين0 دس هی

ب WLN،ESN ،GSN ،ESSGSS( 5( تا )1هعادلات )

س تشاص لای تشكذ، جوعيت ا د تشتيب جوعيت حاهل

ا دس تشاص تشاص حالت بشاگيخت، جوعيت حاهلا دس حاهل

حالت پای، تعذاد فتى دس تشاص حالت بشاگيخت تعذاد

دس ایي فتى دس تشاص حالت پای هی باشذ0 وچيي

هعادلات فاكتس هحذدیت اپتيکی فاكتس گسيل خد ب

12-3 236/2خدی تعذاد قاط كاتهی سا ب تشتيب

دس ظش گشفت این0 صهاى ای الش خد ب 41/4*121

س اپتيک فتيک ایشاى ب وشا پجويي كفشاس هذسی فتيک ایشاىصدويي كفشا

3

خدی دس لای تشكذ، تشاص حالت بشاگيخت تشاص

پيک ثاي دس 0/1 5/2، 5/2حالت پای سا يض ب تشتيب

[340ظش هی گيشین ]

(، صهاى ای الش ب صست صیش 5( تا )1دس هعادلات )

دس ظش گشفت شذ اذ:

(6 )WEE

ESGS

NCA

1

(7 )WWW

WLES

NCA

1

ب تشتيب WN،EA،EC،WAWCت ك دس ایي هعادلا

چگالی حاهل دس هخضى لای تش، ثابت الش با فى اص

تشاص حالت بشاگيخت، ثابت الش با اثش اط اص تشاص حالت

الش با فى اص تشاص لای تش ثابت بشاگيخت، ثابت

0 لاصم ب [3] الش با اثش اط اص تشاص لای تش هی باشذ

ركش است ك دس ایي هذل صهاى الش اص لای تش ب تشاص

حالت پای سا بشابش صهاى الش اص لای تش ب تشاص حالت

بشاگيخت دس ظش هی گيشین0

وتبیج ضب سبزی -2-2

گ هی تاين تغييشات تعذاد حاهل ا با حل هعادلات آ

جشیاى سا بذست آسین0 ایي - فتى ا وداس تاى

هحی ا سا با تغييش صهاى ای الش اص تشاص حالت

كين0 يخت ب تشاص حالت پای بشسسی هیبشاگ

ESب اصاء س هقذاس هتفات اص 0دس شکل GSجوعيت

اذ0 واطس ك دس ایي شکل هشخص حاهل ا سسن شذ

است، دس ش س صهاى الش چگالی حاهل ای تشاص پای

دس حذد یک دها ب اشباع هی سسذ0 اص شکل هشخص

هيلی آهپش ب اصاء ش س صهاى 5/0است ك دس جشیاى

الش، جوعيت حاهل ا دس تشاص حالت پای ب اشباع هی

دیگش با تغييش صهاى ای الش تغييشات سسذ0 اص طشف

صیادی سا دس جوعيت حاهل ا دس تشاص حالت بشاگيخت

ps72ESهشاذ هی كين؛ ب طسیک ب اصاء GS 07دس

ps152ESب اصاء هيلی آهپش، GS ب هيلی آهپش 5/16دس

ps322ESاصاء GS هيلی آهپش جوعيت تشاص حالت 10دس

بشاگيخت ب اشباع هی سسذ0

: تغييشات جوعيت حاهل ا دس تشاص حالت پای بشاگيخت با 0شکل

جشیاى ب اصاء س صهاى الش اص تشاص حالت بشاگيخت ب تشاص حالت

پای هتفات0

تغييشات تعذاد فتى ای تابش شذ اص 3دس شکل

حالت بشاگيخت حالت پای با جشیاى ب اصاء تشاصای

صهاى ای الش اص تشاص حالت بشاگيخت ب تشاص حالت

پای هتفات، سسن شذ اذ0 واطس ك دس شکل هلاحظ

ps72ESهی شد، ب اصاء GS هيلی آهپش، 06دس جشیاى

كاش شيب افضایش چگالی فتى ا دس تشاص حالت پای

هی یابذ چگالی فتى ا بشای تشاص حالت بشاگيخت ب

ps72ESاصاء GS هيلی آهپش اص صفش ششع 06دس جشیاى

ps152ESب اصاء ب سشذ هی وایذ0 ایي فشایذ GS دس

ps322ESب اصاء هيلی آهپش 5/16جشیاى GS شیاى دس ج

، داشگا سيستاى بلچستاى1311بوي 5تا 3

4

هيلی آهپش سخ هی دذ0 10

شد ك با افضایش هشاذ هی 3يي با تج ب شکلوچ

ESصهاى GS تعذاد فتى تابش شذ اص تشاص حالت پای

یابذ0 ص تشاص حالت بشاگيخت افضایش هیكاش ا

لش : تغييشات جوعيت فتى ا با جشیاى ب اصاء س صهاى ا3شکل

اص تشاص حالت بشاگيخت ب تشاص حالت پای هتفات0

ESهلاحظ هی شد ك افضایش 4با تج ب شکل GS

اى آستا ليضس قط كاتهی هجب افضایش چگالی جشی

شد اص طشف دیگش چگالی جشیاى آستا ليضس قط هی

دذ0 ش هیشای تشاص حالت بشاگيخت كاكاتهی سا ب

وچيي با افضایش صهاى الش اص تشاص حالت بشاگيخت

ESب تشاص حالت پای )GS تاى خشجی ليضس كاش )

یابذ0 هی

ب اصاء InAs/InPجشیاى ليضس قط كاتهی -: وداس تاى4شکل

ت0س صهاى الش اص تشاص حالت بشاگيخت ب تشاص حالت پای هتفا

گیری وتیج -3

با حاهل ا فتى ا سا دس اىیجش شييهقال تغ يیدس ا

0 نیكشد یهختلف بشسس یتشاص ييچذ صهاى الش ب

ES شیهلاحظ شذ ك افضاGSا اشباع تعذاد حاهل اىی، جش

شد یهجب ه یدذ، ل یو شييتغ یسا دس حالت تشاص پا

اىیدس جش ختياص حالت بشاگا دس تش ك تعذاد حاهل

ES ييب اشباع بشسذ0 وچ یكوتشGS هجب شیافضا

شی افضا یاص تشاص حالت پا یتابش یا كاش تعذاد فتى

شد0 یه ختياص تشاص حالت بشاگ یتابش یا تعذاد فتى

ب ختيصهاى الش اص تشاص حالت بشاگ شیافضا تیدس ا

تاى شیسا افضا ضسيآستا ل اىیجش یچگال یحالت پاتشاص

ذ0د یكاش ه سا یخشج

مراجع

[1] G. T. Liu, A. Stintz, H. Li, K. J. Malloy, and L. F. Lester,

Electron. Lett., vol. 35, pp. 1163–1165, 1999.

[2] S. S. Mikhrin, A. R. Kovsh, I. L. Krestnikov, A. V.

Kozhukhov, D.A. Livshits, N. N. Ledentsov, Y. M.

Shernyakov, I. I. Novikov, M. V.Maximov, V. M. Ustinov,

and Z. I. Alferov, Semicond. Sci. Technol.,vol. 20, p. 340,

2005.

[3] Kiril Veselinov, Frederic Grillot, Charles Cornet. ‘Analysis

of the Double Laser Emission Occurring in 1.55micron

InAs-InP (113)B Quantum Dot Lasers’, IEEE journal of

QUANTUM ELECTRONICS,vol.43,no.9,SEPTEMBER

2007.

[4] Kiril Veselinov, Frederic Grillot, A.Bekiarski. ‘Modeling

of the two-state lasing and the turn ondelayin 1.55micron

InAs/InP (113)B quantum dot’, IEEE Proc-Optoelectron.

Vol. 153, No. 6, December 2006.

[5] Frédéric Grillot, Kiril Veselinov, Mariangela Gioannini.

‘Spectral Analysis of 1.55 micron InAs–InP(113)B

Quantum-Dot Lasers Based on a Multipopulation Rate

Equations Model’ IEEE JOURNAL OF QUANTUM

ELECTRONICS, VOL. 45, NO. 7, JULY 2009.

-مرا با تحلیل مشخص ای مشاب ديگاو ي متىايب از واو وارای فلسیبا لای ،ری مبتىی بر بلرای مایعدر ایه مقال یک سئیچ و–چکیذ

ای فلسی ب عىان واحی بیه لایبرای تىظیم طل مج تشذیذ افسار ي بلرای مایع می شد. محذيد ارائ المانای آن با استفاد از ريش

را سئیچ کىذ ي ب عىان یک افسار در TMای وری يريدی با قطبش تاوذ ب صرت الکتریکی سیگىالافسار میایه اوذ. فعال ب کار رفت

ای مخابرات وری در محذيد طیف فريسرخ وسدیک ي در فرایىذای سئیچیىگ ي فیلتریىگ ب کار گرفت شد. با تغییر يلتاش بایاس از ساماو

کىذ. واو متر ب سمت اماج آبی تغییر می 09تا ،از افسار یطل مج دارای بیشتریه مقذار دامى عبر، Vthيلتاش آستاو، برابر مقذار 5صفر تا

بلور مایع، نانو نوارهای فلسی، سوئيچ نوری. -كليد واشه

PACS - 0230.0230كد

Design and Analysis of an Optical Switch Based on Liquid Crystal and Metallic

Nano-slits Faramarz Alihosseini1, Vahid Ahmadi1,*, Ali Mir2 and Alireza Mobini1

1: Faculty of Electrical and Computer Engineering, Tarbiat Modares University

2: Faculty of Engineering, Lorestan University

Abstract- We present a liquid crystal based optical switch with double identical layers of periodic metallic nano slits and analyse its

characteristics using finite element method (FEM). Liquid crystal embedded between metallic layers is used as an active material for

tuning resonance wavelength of proposed device. The device is electrically switched with incident TM polarized optical signals and

can be used in switching/filtering applications at near infrared optical communication systems. Changing bias voltage from zero to

five times Vth, shifts the peak transmission wavelength up to 90 nm towards blue rays.

Keywords: Liquid crystal, metallic nano-slits, optical switch

PACS No: 0230.0230

فلسی وارایواو يطراحی ي تحلیل یک سئیچ وری مبتىی بر بلرای مایع

1و عليرضا مبينی 2علی مير، 1*ووحيد احمدی، 1حسينیفرامرز علی

: دانشگاه لرستان، دانشکده فنی و مهندسی2: دانشگاه تربيت مدرس، دانشکده مهندسی برق و كامپيوتر، 1

2

Design and Analysis of a Liquid Crystal Based

Optical Switch with Metallic Nano-slits

F. Alihosseini1, V. Ahmadi *1, A. Mir

2, A. Mobini

1

1- Department of Electrical and Computer Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

2- Faculty of Engineering, Lorestan University

*[email protected]

Abstract: We present a liquid crystal based optical

switch with double identical layers of periodic metallic

nano slits and analyse its characteristics using finite

element method (FEM). Liquid crystal embedded

between metallic layers is used as an active material for

tuning resonance wavelength of proposed device. The

device is electrically switched with incident TM

polarized optical signals and can be used in

switching/filtering applications at near infrared optical

communication systems. Changing bias voltage from

zero to five times Vth, shifts the peak transmission

wavelength up to 90 nm towards blue rays.

Keywords: Liquid crystal, metallic nano-slits,

optical switch.

1 Introduction

Having flexible components is an essential part of

the optical communication development. To realize

this goal, liquid crystal (LC) is a good candidate.

Liquid crystal with two principal refractive index

ordinary (no) and extraordinary (ne) and interesting

electro optic properties is one of the suitable

material for dynamic manipulation of light. Due to

large electro optic response and optical anisotropy

of LC it is possible to control its refractive index

by external electric field. Many optical devices

such as a Fabry–Pérot (FP) resonator witch its

cavity filled with LC [1] and a tunable terahertz

filter using LC as a defect mode of metallic

photonic crystal [2] are investigated.

In this paper, we propose a nano scale optical

switch in near infrared region based on metallic

nano-slits cavity filled with liquid crystal. Its

operation is based on electro optical properties of

LC and resonant guided mode of metallic nano

slits. Here nano-slits give the flexibility to properly

tune and adjust the switching characteristics of the

device by changing the parameters of the nano-slits

structure. Wavelength switching behaviour can be

achieved by changing the electric field. For

analysis of this device, the effective refractive

index of LC layer is obtained by solving the

relevant equations numerically. Then, using finite

element method (FEM) other optical properties of

the proposed device are calculated.

2 Optical switch structure

The schematic structure of the proposed device for

investigation of TM polarized transmission

spectrum is illustrated in Fig. 1(a).

In this structure, two identical layers of periodic

metallic slits, form the top and the bottom of the

cavity. Common liquid crystal E7 is used between

two metallic layers as active region. The whole

structure is placed on a silicon substrate. The lower

metallic slits are filled with silicon (n=3.45) but the

upper ones are filled with SiO2 (n=1.46). Drude

model is used to describe the dispersion of Ag

nano-slits [3].

Si substrate

d

d

E=0 E≠ 0

Ag

Liquid Crystal

Ag

E

(a)

(b)

TP

H

d

X

Z

Y

E

K

H

SiO2

Figure1: Schematic of the proposed device

Metallic nano slits support multiple guided modes

at λ ~ 2neffd/m (m = 1, 2, 3 …), where neff is the

effective refractive index of LC layer, d is the

length of the cavity and m is the number of cavity

modes. So by changing the neff and d, the resonant

wavelength can be tuned. The value of d is set to

be 920 nm to satisfy transmission of the second

order resonant wavelength into silicon substrate.

In the absence of electric field we consider initial

director angle of the LC parallel to the surface in

which the director angles are along the x axis and

the two bounding surfaces at z = 0 and z = d. If the

applied voltage along the z axis exceeds the

Freedericksz transition threshold, Vth, LC

undergoes an elastic deformation and director

angles are tilted with respected to x axis. This

phenomenon can change effective refractive index

of the LC.

The static state directors’ distribution is described

by the Oseen-Frank equation [4]: 2

2 2

11 33 33 112

2 2

0

( cos sin )( ) ( )

sin cos ( ) sin cos

dK K K K

d z

dE

dz

(1)

where K11 and K33 are the Frank elastic constants,

ϕ is the director angle respect to the x axis, ε0 is the

dielectric constant of the vacuum and Δε is the

dielectric anisotropy between the ordinary and

extraordinary axes of the LC molecules and finally

E is the electric field. The physical parameters of

LC are selected from [5]. The threshold voltage is

given by:

11

0 ( )th

KV

(2)

The calculated value of Vth is about 0.97 V.

Director distribution for the static characteristic is

determined by solving the equation (1).The desired

equation for the effective refractive index with

ϕ (z) at certain depth and electric field is [2]:

2 2 2 2( )

sin ( ) cos ( )

o eeff

e o

n nn z

n z n z

(4)

where no and ne are obtioned through fitting

parameters [6]. Finally the average value of

effective refractive index or effn of the whole LC

layer is calculated by: / 2

0

2d

eff effn n dzd

(5)

3 Results

Effective refractive index, neff, versus applied

voltage is illustrated in Fig. 2. Lower values of neff

occur at higher applied voltage. Bias voltages more

than five times Vth, do not change any more the

neff because nearly all the directors are

reoriented toward the electric field direction.

0 1 2 3 4 5

1.6

1.65

1.7

(V/ Vth

)

Eff

ecti

ve

Ref

ract

ive

Ind

ex (

n eff

)

Figure 2: LC effective refractive index as a function of

normalized applied bias

Fig. 3 shows the director angles in normalized

distance for different values of voltage biases. For

every bias voltage the maximum angle of directors

occurs in the middle of the LC layer and at

boundaries the angles are zero. Higher bias

voltages increase the maximum angle of directors

and reaches ~90 degree at about 4 times Vth.

This device is designed to operate as an electrically

tuneable switch for near infrared window. Its main

feature is shown in Fig. 4, where the TM polarized

transmission spectra shift as a function of applying

voltage. As depicted in this figure, in off state the

resonance peak of the device occurs at wavelength

about 1.62 μm. However, applying electric field is

responsible of a blue shift in the resonant

wavelength of the switch.

4

0 0.5 10

20

40

60

80

z/d

Dir

ecto

r an

gle

(d

egre

e)

V/Vth

= 4

V/Vth

= 3

V/Vth

= 2

V/Vth

= 1.5

Figure 3: Director angle, ϕ, as a function of the

normalized distance, z/d,

Rising bias voltage from off state (V = 0 V) to five

times threshold voltage, causes 90 nm blue shift in

the resonance peak of the device. Higher bias

voltage leads to lower neff and according to the

relationship expressed for resonance wavelength

when the refractive index decreases, resonant

wavelength reduced too.

1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 1.65 1.70

10

20

30

40

50

60

70

(m)

Tra

nsm

issi

on (

%)

V=0

V=1.50 Vth

V=2 Vth

V=5 Vth

Figure 4: TM transmission spectrum for different values

of effective refractive index of the LC. Here, T =

700 nm, H = 90 nm, p = 50 nm

40 60 80 100 12030

40

50

60

70

H (nm)

t max

(%

)

40 60 80 100 1205

15

25

35

45

FW

HM

(n

m)

tmax

FWHM

Figure 5: Maximum transmission and FWHM as a

function of Ag thickness with parameters values as:

p = 50 nm, T = 700 nm, neff = 1.659 (V =1.5Vth)

Thickness of metallic slits, H, is one of parameters

that strongly affect the optical properties of the

device. In Fig. 5, the influence of Ag thickness on

maximum transmission and full width of half

maximum (FWHM) is investigated. By increasing

Ag thickness, metallic effect enhances so the

transmission increases and at H=90 nm reaches the

maximum value. For larger thickness, loss of Ag

layer causes the transmission to be reduced.

FWHM nonlinearly increases with H because it

does not depend on loss. For thickness greater than

90 nm, FWHM extremely increases and leads to

interference.

3 Conclusion

Based on large electro optical response of LC, and

optical properties of metallic nano-slits, we

designed an optical switch in the near infrared

window. The tunable range of 90 nm was achieved

by varying bias voltage from zero to five times the

threshold voltage of LC.

Acknowledgements

This work was supported in part by Iran

Telecommunication Research Center (ITRC).

References

[1] Francesco Riboli, Nicola Daldosso, “Design of

an Integrated Optical Switch Based on Liquid

Crystal Infiltration,” IEEE Journal of Quantum

Electronics, Vol. 41, No. 9, 2005.

[2] Yong Sung Kim, Shawn-Yu Lin, Hsin-Ying

Wu, and Ru-Pin Pan, “A tunable terahertz filter

and its switching properties in terahertz region

based on a defect mode of a metallic photonic

crystal,” J. of Appl. Phys., Vol. 109, 2011.

[3] Y. Wang., “Transmission through metallic

array slits with perpendicular cuts,” Opt.

Express, Vol. 17, pp. 5014-5022, 2009. [4] F. A. Sala and M. A. Karpierz, “Modeling of

molecular reorientation and beam propagation in

chiral and non-chiral nematic liquid crystals,” Opt.

Express, Vol. 20, pp. 13923-13938, 2012.

[5] H. Wang, “A method to estimate the Leslie

coefficients of liquid crystals based on MBBA

data,” Liquid crystals, Vol. 33, No. 1, pp. 91-98,

2006.

[6] M. F. O. Hameed and S. S. A. Obayya,

“Polarization Rotator Based on Soft Glass

Photonic Crystal Fiber With Liquid Crystal Core,”

IEEE , Journal of Lightwave Technology, Vol. 29,

No.18, pp. 2725-2731, 2011.

و با لبه برش داده ضذه طراحی لیسر میکروچیپ بذون عذسی کانونی کننذه

3، علی ضاهرخی2، فاطمه امینی1، سعیذ عربگری1، سعیذ رادمرد1پرست احذ حق

هزوش هلی ػلم فى لیشر ایزاى-1 داؾگب تزاى، داؾىذ فیشیه-2

داؾگب خارسهی تزاى، پضؾىذ پلاعوب[email protected]

چکیذه

ذع Tairaتعط در ایي وبر ثب ایدبد ثزؽی در لج هیىزچیپ اعتفبد ؽذ ؽد. ثذى ػذعی هؼزفی هی Yb:YAGهیىزچیپ ای خذیذ ثزای لیشر ذع در ایي همبل

ؽد. عبسی ؽذ تسیغ یىاختی آى ثز حغت ضخبهت هیىزچیپ تؼذاد راعتببی دهؾی ثزرعی هی خذة ثزای ز د هذل ؽجیپزفبیل آیذ. خذیذ ث دعت هیث ات و 12ثب تاى ثذى پؽؼ بی دیدی ؽد. دهؼ هبد فؼبل ثب چیپ ثزای ز د ذع هیىزچیپ، ثیؾی دهبی ایدبد ؽذ در غت هحبعج ثبن همبیغ هی

.اعت 24گیزد حذاوثز تؼذاد دیدبی اعتفبد ؽذ ثزاثز لزار دارذ ادبم هیYAG بحی آلائیذ ؾذ صرت ؽؼبػی هتمبرى در اطزاف

، پزفبیل خذة ثزػ داد ؽذ لیشر هیىزچیپ ثذى ػذعی ،چیپ دیدی ثذى پؽؼ ولیذ اص: لیشر تاى ثبلا،

PACS :1400140 ،2200220وذ

Edge-Cut Lens-Less Microchip Laser Designing

Ahad Haghparast1, Saeid Radmard

1, Saeid Arabgari

1, Fatemeh Amini

2, Ali Shahrokhi

3

1-Iranian National Center for Laser and Technology 2- Tehran University, Department of Physics

3-Kharazmi University, Institute for plasma

Abstract

In this article a new geometry for Yb:YAG lens-less microchip laser is introduced. This new geometry is made by

cutting in the edge of Taira's microchip. For both geometries, absorption profiles and their distributions uniformity

versus microchip thickness and number of pumping directions are investigated. Core maximum temperature for

both microchips are evaluated and compared. 12w diode-bare-chips pump the active media, radially and

symmetrically and maximum number of used diode-bare-chips is 24.

Keywords: High Power Laser, Diode-Bare-Chip, Edge-Cut Lens-Less Microchip Laser, Absorption Profile

PACS No. 1400140, 2200220

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

، دانشگاه سیستان و بلوچستان۱3۳۱بهمن 5تا 3

مقذمه -1

در ػیي حبل اثؼبد ثتز ویفیت پزت ثبلا عبخت لیشر ثب تاى

ثب . ثد اعتلیشر هختلف وبرثزاى بضبی تمهرد وچه وار

در ایي بی لبثل تخی پیؾزفتطزح ایذ لیشربی ثب آی فؼبل

لیشر هیىزچیپد دعت لیشر تب آدب و سهی حبصل ؽذ اعت

هبد فؼبل لیشر .لزار گزفت اعتخذی تخ هرددیغه بسن

ای ثغیبر بسن آلائیذ هیىزچیپ ث صرت یه غت اعتا

اعت و ث صرت ن هزوش ثب یه پؽؼ +Yb3بی ؽذ ثب یى

لزار دارد. هیىزچیپ در هزوش یه عبهب YAGآلائیذ ؾذ

گیزد و در آى لیشربی دیدی در اطزاف ث طر دهؼ لزار هی

ؽذ. هتمبرى اعتمزار یبفت ثزای دهؼ هیىزچیپ اعتفبد هی

ر خزخی ز یه اس دید لیشرب تعط د لش و در فاصل

یىزچیپ ثز لج هاذ، وبی ؽذ هختلف اس دید الغ ؽذ

یشربی هیىزچیپ، ػذم لاعبعی چبلؼ .]321[ؽد تبثیذ هی

لیشر یىاختی پزفبیل خذة آبعت و ثز ری ویفیت ثبریى

ذعیطزاحی اثتىبراتی در ثب ػوذتبیي هغبل اتأثیز هفی دارد.

اؽىبل ثبثزایي رفغ گزدیذ یب ثجد یبفت اعت. هیىزچیپ

یب ]5[، ػذعی ؽىل ]4[گػ عبد چبر ذعی هتفبتی هثل

هیىزچیپ پیؾبد YAGثزای پؽ ]6[ؾت ضلؼی غیز هتظن

طزاحی لیشر هیىزچیپ ثب تاى خزخی رفت اعت.ؽذ ثىبر

ارائ ؽذ لجلایل خذة ثغیبر یىاخت بپزفثب W500ثیؼ اس

ایذ عبخت ،وچىتز وزدى اثؼبد لیشرزچ ذف اهب ثب .]2[ اعت

وبی وذ پزت دهؼ بی ػذعیلیشر هیىزچیپ ثب حذف

اهب ایي طزاحی .]1[اعت ث تبسگی ارائ ؽذ Tairaتعط گز

دارای پزفبیل ، لیشر هیىزچیپ الیبی وچى دیگز طزح

.اعت خذة غیزیىاخت

ثزای خذیذ ای ذعطزاحی ؽد ذفی و در ایي همبل دجبل هی

اعت و Taira همبیغ آى ثب طزح ػذعیثذى هیىزچیپ لیشر

خذة یىاختی یش داؽت ، پزفبیل آى اثؼبدوچه ثدى در ػیي

هیىزچیپ ضخبهت بی دهؾی ثبثزایي تأثیز تؼذاد خت ثبؽذ.

همذار ثی ثزرعی ثز ری ثبسد خذة تسیغ یىاختی آى

ثیؾی دهبی ایدبد یش در بیت ثزای ز وذام ارائ ؽذ اعت.

همبیغ هحبعج ثزای د ذع هیىزچیپ غتؽذ در

.دؽ هی

یکروچیپ بذون عذسیطرح دمص از لبه لیسر م -2

یه لیشر هیىزچیپ ثذى ػذعی طزح دهؼ اس لج الف-1 ؽىل

در ایي طزح، دذ. اعتفبد ؽذ اعت را ؾبى هی Tairaو تعط

ؽذ stackخبیگشیي دیدبی ،ثذى پؽؼبی دیدی چیپ

ذ. وچیي ثزای وچه ؽ ث ػاى چؾو دهؼ اعتفبد هی

دهؼدی پزت بی اپتیىی و ثزای ؽىل وزدى حدن لیشر، الوبى

در وبر لجلی اعتفبد ؽذ ثد، YAGثزای رد ث داخل هخجز

و اس W36اس دهؼ W6/3خزخی لیشر .]1[ حذف ؽذ اعت

غجت ث ن لزار º120اتی و ثب سای 12ع چیپ دیدی

.دارذ، اس ایي لیشر ث دعت آهذ اعت

بی پؽؼ لج ثزبم ثزؽی ثب ادایذ ارائ ؽذ در ایي همبل،

آیذ. ذع خذیذ در ؽىل ثذعت هی Tairaطزح YAGآلائیذ ؾذ

ؽؼبع عطح خل ػمت .وبیؼ داد ؽذ اعت ة-1

.اتخبة ؽذذ R1=3mm R2=3.5mmهیىزچیپ ث تزتیت

.داد ؽذثزػ )ة( Tairaطزح )الف( ػذعی: هیىزچیپ ثذى 1 ؽىل

mm4 لطز غت mm7ثزاثز یىغبى ز د طزح YAGلطز

لای ،ثبؽذ. عطح رخ خلیی هیىزچیپ ثزای طل هج دهؼ هی

. ری داردلای ضذ ثبستبة ،ثبستبة ثزای طل هج لیشری فق

ثزای ،هتصل اعتچبه گزهب عطح ػمجی هیىزچیپ ن و ث

ؽد. ثبستبة ؾبذ هیفق لای ،ز د طل هج دهؼ لیشری

ثبؽذ. هی at.%9 هیشاى آلایؼ غت هیىزچیپ ثزای ز د طزح

ثب .Optoenergy Inc ثذى پؽؼ دیدیبی در ایي وبر اس چیپ

اعتفبد ؽذ 6mm, 12W, 940nm, 1×100µm emitter هؾخصبت

در فبصل صرت ؽؼبػی هتمبرى ث بایي دیداعت.

فوتونیک ایراننوزدهمین کنفرانس اپتیک و فوتونیک ایران به همراه پنجمین کنفرانس مهندسی

3

µm200 ول هدوػ لیشر )ثب . اذ لزار گزفت اس لج هیىزچیپ

دارد. mm60عیغتن دهؼ( حدوی ثغیبر وچه ثب لطز حذد

Zemaxعبس اپتیىی افشار ؽجی عبسی ایي وبر ثب اعتفبد اس زم ؽجی

Ray) اعبط تؼمیت ذعی پزتب ادبم ؽذ اعت و ثز (2005)

tracing) وذ. وبرل ػول هی- هحبعج خذة ث رػ هت

جذيذ انتخاب هنذسه دمص و پارامترهای ماده فعال -3

انتخاب تعذاد دمص میکروچیپ -3-1

بی دیدی دهؼ و در اطزاف هیىزچیپ لزار چیپتؼذاد

ثب افشایؼ تؼذاد دیدب ثبسد هتغیز اعت. 24 4گیزذ ثیي هی

ثزای ز د لی یىاختی پزفبیل خذة هبذ هی ثبثت خذة

، در ضخبهت ثبثت داد ؽذ ثزػ Tairaطزح هیىزچیپ

یبثذ. افشایؼ هی

ضخبهت در هیىزچیپ تسیغ یىاختی خذة ثزای ایي د ع

µm300;t داد ؾبى 2ؽىل در بی هختلف ثزای تؼذاد دهؼ

اعت. 95هیىزچیپ حذد % د ثبسد خذة ثزای ایي .ؽذ اعت

پیذاعت، تسیغ یىاختی پزفبیل خذة 2وبى طر و اس ؽىل

ختی ثب ن یىغبى اعت. ثبثزایي 24ختی 12ثزای دهؼ

خت دهؾی 12پزفبیل خذة یىاخت ث تاى ثزای داؽتي هی

اوتفب وزد. اضح اعت و اگز ذف افشایؼ تاى خزخی ثبؽذ،

تؼذاد دیدب افشایؼ خاذ یبفت.

یػذع ثذى پیىزچیه د یثزا خذة لیپزفب یىاختی غیتس: 2 ؽىل

.هختلف یب دهؼ تؼذاد یثزا ؽذ داد ثزػ( ة) ،Tairaطزح ( الف)

بی پزت دهؼ ثب رد ث داخل ثب ثزػ لج هیىزچیپ، ثبریى

YAG ثبػث پؽؼ وذ آلائیذ ؾذ، هغیز سیگشاي را طی هی

پزفبیل خذة ثتزی . اس ایزؽد هغبحت غت هییىاخت

دعت یبفت. Tairaدر همبیغ ثب هیىزچیپ ثذى ػذعی طزح

اثر ضخامتبررسی -3-2

ثزای ز د =µm200t= µm300tدر ایي لغوت د ضخبهت

خت دهؾی 12ثب عبسی هیىزچیپ در ظز گزفت ؽذ. تبیح ؽجی

، Tairaطزح ػذعیدذ تغییز ضخبهت هیىزچیپ ثذى ؾبى هی

.ذارد تسیغ یىاختی آى تأثیزی ری هیشاى خذة هیىزچیپ

ایي تید ثب تبیح وبربی هؾبث لجلی را ثجییذ. 3 ؽىل 1خذل

. ]2 3[ وخای دارد

هیشاى mm4: ثبسد خذة پزت دهؼ ثزای هیىزچیپ ثب لطز غت 1خذل

at.% 9آلایؼ

هیىزچیپ ( t=200µm) ثبسد خذة ( t=300µm) ثبسد خذة

Tairaطزح ػذعیثذى %44/94 %44/94

دادثزػ ػذعیثذى %27/90 %13/95

Tairaطزح ػذعی: تسیغ یىاختی خذة در هیىزچیپ ثذى 3 ؽىل

at.% 9 هیشاى آلایؼ mm4ثزاػ داد ؽذ ثزای لطز غت

ی اثز آیذ. اهب ثزای هیىزچیپ ثزػ یبفت تبیح دیگزی ث دعت هی

؛ ؽد ایي حبلت، افشایؼ ضخبهت ثبػث رؽذ ثبسد خذة هی

ثب دذ. ثدى پزفبیل خذة را اذوی وبؼ هی Flat-Topگزچ

تسیغ یىاختی پزفبیل خذة در ضخبهت ثبثت همبیغ

ثدى پزفبیل خذة Flat-Topافشایؼ یىاختی هیىزچیپ،

ث ضح لبثل هؾبذ اعت.ثزای هیىزچیپ ثزػ داد

، دانشگاه سیستان و بلوچستان۱3۳۱بهمن 5تا 3

بار حرارتی هسته میکروچیپ -3-3

تلیذ پزتبی دز ث توبم تاى خذة ؽذ در هیىزچیپ، ه

ؽد ؽد. ثلى وغزی اس ایي همذار ث گزهب تجذیل هی وی لیشری

تاى خذة ؽذ 09/0ایي وغز ثزاثز ،Yb:YAGثزای هبد فؼبل )

ایي . ]7[ گزددو ثبیغتی ث رػ هبعجی اس عیغتن خبرج (اعت

بی ؽنارد آهذى اهىبى ث ػلت بی ثبلاتز هغئل در تاى

بی ؾبذ ؽذ ثز لایآعیت هیىزچیپ ث ؽذیذ حزارتی

.]2[ وذ پیذا هیاویت ثیؾتزی ،عطحری

و دارای لای ثبستبة پؾتی آىعبسی هیىزچیپ اس عطح خه

ایي عطح ث چبه گزهب هتصل ؽذ گیزد. وبهل اعت، صرت هی

ثیؾی دهبی غت 4ؽىل وذ. خزیبى آة آى را خه هی

را در طزح ثزػ داد ؽذ Tairaطزح ثذى ػذعی هیىزچیپ

اگز چ ضخبهت غت .دذ ؾبى هیعبسی حضر فزآیذ خه

)خذل ثز ری ثبسد خذة Tairaطزح ػذعیهیىزچیپ ثذى

،4اس ؽىل تأثیزی ذاؽت، لی (3)ؽىل یىاختی آى (1

.مؼ دارددر ثیؾی دهبی هیىزچیپ هؾخص اعت و

داد ثزػ Tairaطزح یػذع ثذى پیىزچیه غت یدهب یؾیث: 4 ؽىل

.یعبس خه ذیفزآ حضر در ؽذ

وبى گ و اس ایي ؽىل یش پیذاعت ثب ایدبد ثزؽی در لج

تاى ثیؾی دهبی ایدبد هی، Tairaثذى ػذعی طزح هیىزچیپ

ؽذ در آى را وبؼ داد. ایي اهز ث ػلت تسیغ یىاخت تاى

عبسی هؤثز و اهىبى خه ،دهؼ در عزاعز غت هیىزچیپ

افتذ. عبسد، اتفبق هی ا هوىي هیغت ر

نتايج -4

در ایي همبل، لیشر هیىزچیپ ثذى ػذعی در د ذع طزح

Taira ثزرعی هؾخص ؽذ ثب اتخبة ذع ، ثزػ داد ؽذ

ثزػ داد ؽذ، تسیغ یىاختی پزفبیل خذة افشایؼ یبفت ث

ؽد. وچیي تسیغ یىاختی شدیىتز هی Flat-Topپزفبیل

چیپ دیدی 12پزفبیل خذة ثزای تؼذاد راعتببی دهؾی

ثب افشایؼ ضخبهت، ثیؾی دهبی هبذ. ثیؾتز، ثذى تغییز هی

یبثذ ایي ثیؾی دهبیی ثزای ذع یىزچیپ یش افشایؼ هیه

اعت. Tairaطزح ثزػ داد ؽذ ووتز اس ذع

مراجع

[1] W. Kong, T. Taira, "Lens-less edge-pumping for high power single

mode Yb:YAG microchip laser", Laser, Sources, and Related Devices

Technical Digest. عبسی پبراهتزبی هبد عؼیذ رادهزد، احذ حك پزعت، عؼیذ ػزثگزی، ثی >2=

پزتاى، دذویي وفزاظ اپتیه Yb:YAGفؼبل در لیشر هیىزچیپ

.(1390فتیه ایزاى، تجزیش )

[3] M. Tsunekane, T. Dascalu, and T. Taira, "High-power operation of

diode edge-pumped, composite microchip Yb:YAG laser with

ceramic pump wave-guide", Laser Research Center, Institute for

Molecular Science (IMS), Myodaiji, Okazaki 444-8585, Japan.

[4] M. Tsunekane, T. Taira, "300 W continuous-wave operation of a

diode edge-pumped, hybrid composite Yb:YAG microchip laser",

Optics Letters, Vol. 31, No. 13 (2006).

[5] T. Dascalu, C. Dascalu, "High-power lens-shape diode edge-pumped

composite laser", National Institute for Laser, Plasma and

Radiation Physics, Bucharest R-76900, Romania.

[6] S. Radmard, A. Haghparast, S. Arabgari, M. Mehrabani, "High-

Power Yb:YAG/YAG Microchip Laser Using Octagonal-Shape

Waveguide with Uniform Absorbed Power distribution", Optics &

Laser Technology 48 (2013) 44–51..

[7] W. Koechner, "Solid-State Laser Engineering", Sixth Edition,

Springer (2006).

1

عایق -فلش -عایقپلاسموی ديرگ ساختار اوتشاری خصصیاتتحلیل

هحوذ بضن اخذ سویعی هحود تلافی غبی

داطگب علن صعت ایشاى ،داطىذ هذسی ثشق

با (الکتزیکدیعایق )ي چىذلای یفلشلای ک متشکل اس یک ( HIMI) عایق-فلش-عایق تیغ ديرگ پلاسموی خاص اوتشاری -چکیذ

تحلیل با استفاد اس ريش ماتزیس اوتقال مرد بزرسی ي تحلیل قزار گزفت است. است در طزفیه آن اختلاف ضزیب شکست وسبتا سیاد

(TMM در )تشيیح مثز مد دیصرت پذیزفت است. واومتز 0551 مخابزاتی مجطل( الکتزیکی با مد پلاسمویSPP در ساختار )

عایق غیز ديرگ -فلش-امزی ک در ساختارای عایق ،در ابعاد کمتز اس حذ پزاش مىتشز شد« بزد بلىذ SPP»شد ک مد می ديرگ باعث

اثبات گزدیذ است. (IMIغیزديرگ ) پلاسموی وسبت ب ساختار HIMIبا ارائ مثالای عذدی، بزتزی ساختار ممکه وبد.

عبیك.-فلض -عبیكوى سغحی، سش هبتشیس اتمبل، سبختبس دسگ پلاسویه، پلاسیتى پلاس -ولیذ اط

PACS - 130.0130وذ

Analysis of Propagation Characteristics of Hybrid Insulator-Metal-

Insulator Plasmonic Structure

Mahmoud T. Noghani and Mohammad H. Vadjed Samiei

School of Electrical Engineering, Iran University of Science and Technology

Abstract- Propagation characteristics of a hybrid plasmonic insulator-metal-insulator structure (HIMI) consisting of a metal

sandwiched between multiple layers of insulators (dielectrics) with high index contrast are studied in detail. The analysis is

done by the transfer matrix method (TMM) at the telecommunication wavelength of 1550 nm. Efficient coupling of the

dielectric mode with the SPP mode leads to the propagation of “long-range SPP” at dimensions lower than the diffraction

limit, a result not possible with non-hybrid IMI structures. Showing numerical examples, the advantage of HIMI structure

over IMI structures is proved.

Keywords: Hybrid Insulator-Metal-Insulator Structure, Plasmonics, Surface Plasmon Polariton, Transfer Matrix Method.

PACS No: 130.0130

، داطگب سیستبى ثلچستبى1391ثوي 5تب 3

2

مقذم -0

هخجشبی پلاسوی، لبثلیت ذایت اهاج پلاسوی

( دس اثعبدی دس حذد SPPسغحی یب پلاسیتى پلاسوى)

اخیش سبلبیعی یب ووتش اص عل هج سا داسا ستذ.

سبختبسبی هخجشی هتعذدی پیطبد ضذ هسد

هجتی ایي هخجشب ث عس عوذ . اذثشسسی لشاس گشفت

فلض -عبیك-فلض ( ،IMIعبیك )-فلض-عبیك ؛پبی ختبسثش س سب

(MIMسبختبس ته هشص فلض )-( عبیكMI )]1[ ستذ.

-پیص اص ایي طبى داد ضذ و سبختبس دسگ پلاسوی

الىتشیه ثب اختلاف ضشیت بی دیلای)ثب الىتشیىی دی

اهىبى دستیبثی ث عل اتطبسی صیبد دس (ضىست صیبد

ایي هسئل .]2[ وذی اشطی سا فشان هیعیي توشوض ثبلا

دس « SPP» « الىتشیهدی»بضی اص تضیح هثش هدبی

ثب تحلیل وبهل ] 3[دس هشخع سغح همغع سبختبس است.

طبى داد (MIحبلت دسگ سبختبس سبد ) HMIسبختبس

، ث ثجد خصصیبت سبختبسبی پبیسبصی ضذ و دسگ

یه و اص هخجش ]4[دس هشخع ذ. ادبههیاتطبسی آب

عبیك -فلض-پلاسوی هجتی ثش سبختبس دسگ عبیك

(HIMIهسد تحلیل ) ایي دس سبصی لشاس گشفت. ضجی

ث ث هظس استخشاج وبهل خصصیبت اتطبسی، همبل،

سش ثب استفبد اص HIMIسبختبس تیغ دسگ تحلیل

؛پبساهتش ویفیت 3 اصپشداصین. هی (TMMهبتشیس اتمبل )

عل اتطبسی، عل هدی عل فضبیی ثشای اسصیبثی

و سبختبس دینهی. طبى گیشینهیثش بسبختبس

HIMI اهىبى اتطبس هج پلاسوی ثب ثشد ثلذ سا دس

اثعبدی ووتش )اثعبد هدی فضبیی( اص حذ پشاش فشان

.هیسس یست IMIای و دس سبختبس هسئل ،وذهی

ريش تحلیل -2

طبى داد عبیك-فلض-عبیك دسگتیغ سبختبس 1دس ضىل

لای صج د دس سظ (Mε) یه لای فلضیضذ است.

دس ( Hε) ثبلا( Lεالىتشیه ثب ضشیت ضىست پبییي )دی

( سا ا دس ظش Cε) ی. لای پضطاذلشاس گشفتفلض عشفیي

تاى تحلیل سا هی سبختبس هتمبسى فشض ضذ اهب گیشین.هی

تحلیل دس ثسبدگی ث سبختبس غیشهتمبسى یض تعوین داد.

گیشد. ث دلیل ادبم هی بهتش 1550عل هج هخبثشاتی

-ثب تبثع دیاستفبد مش هلاحظبت تلفبتی، فلض هسد

الىتشیه دساست. دی Ag=-127-3.46jεالىتشیىی ثشاثش ثب

εC

εH

εL

εC

x

z

𝑑𝐿

𝑑𝐻

𝑑𝑴 εM εL

εH

𝑑𝐿

𝑑𝐻

(HIMIعبیك )-فلض-یكسبختبس تیغ دسگ عب ضوبی ولی: 1ضىل

ثب( Si( سیلیىى )SiO2ث تشتیت سیلیىب ) L Hلای

.ثبضذهی L=2.1ε H=12.1εثاثت

حل هعبدل پبضذگی ،سش هبتشیس اتمبل لذم اسبسی دس

هختلظ هدبی هختلف ث هظس استخشاج ثبثت اتطبس

دس . ضدادبم هیهبست صفشیبثی سشیه ثب و است

-1ضد. هی حلهعبدل پبضذگی دس عی د هشحل ایدب

و (|F|) تبثع پبضذگیلذسهغلك یون یبفتي مبط هی

( سبختبس Mثشاثش ثب تعذاد هدبی اتطبسی )تعذاد آب

تاى ثب استفبد اص لسوت حمیمی سا هی بیونهی است.

سجت β( ثذست آسد چشاو γ=β-jαثبثت اتطبس هختلظ )

-، هیminβثب تعییي -2ي هشتج ثضسگتش است. چذی αث

تاى اص آب ث عاى همذاس الی ثشای یه وذ صفشیبة

-γm=βm ( ثشای یبفتيMATLAB-fsolveهبست )وچى

jαm (m=1,…,M) ح تغییشات خصصیبت ثش ثشد.ب

ب هسد تخ اتطبسی ایي سبختبس ثشحست ضخبهت لای

عل ،عل اتطبسی ؛عیبس ویفیته س اص گیشد.لشاس هی

عجك . گیشینثشای اسصیبثی ثش هی عل فضبیی هدی

، عل اتطبسی علی است و عی آى، تاى ]1[ تعشیف

یعی سسذ. همذاس الی خد هی e/1اتمبلی دس هخجش ث

اص عشف است. تضعیفثبثت αو ،2/1pL :داسین

اشطی دس سجی هعشف هیضاى توشوض هدی و علدیگش،

سجت اشطی هدی ول ث »هخجش است، ثشاثش است ثب

وچیي، . Lm=Wm/max{W} :«حذاوثش چگبلی اشطی

عل فضبیی و هعشف هیضاى گستشدگی هج )لغش هج(

است ثشاثش است ثب فبصل د مغ دس احی پضطی ثبلا

e/1غبعیسی( ث پبییي سبختبس و هیذاى الىتشیىی )یب ه

ثبضذ: همذاس آى دس هحل هشص سسیذ

)/1Re(2)( 1 cNiis dsumL ، و دس آىdi ضخبهت

وفشاس هذسی فتیه ایشاىپدویي وفشاس اپتیه فتیه ایشاى ث وشا صدویي

3

2/12ام است iلای 0

2 )( cc k ، وk0 ثشداس هج

گیبی سدهذیاثعبد هدی ووتش، .فضبی آصاد است

اثعبد فضبیی ووتش ثشای وبسثشدبی غیشخغی سبختبس

است. سبصی سبختبسهعشف لبثلیت هدتوع

وتایح ي بحث -3

ث اصای HIMIتحلیل هدی سبختبس تیغ

dH=20-350 nm، dL=2,25,100 nm dM=20 nm ادبم

بی استفبد اص لایگشچ ضبیبى روش است و ضذ است.

دس ( هوىي است nm 2)دس حذ عبیك ثسیبس بصن فلض

جتی ثش ظشی هعتجش ثدى تحلیل تئسی هاثتذای اهش

ولاسیه الىتشهغبعیس هعبدل هج سا ثب سال هاخ

گیشی بی دلیك واتهی تبیح اذاصسبصد، اهب تحلیل

دذ و ضخبهتبی هزوس خلل طبى هی( ]5[)اص خول

-الىتشیه )ثشای فلض دیدس هذلسبصی تبثع دیچذای

تبیح اسائ ضذ دس ایي همبل ایدبد خاذ الىتشیه(

TMضشیت ضىست هثش چبس هد ذایتی ال وشد.

(TMha1,TMhs2,TMha3,TMhs4) آهذ است. 2دس ضىل

ضد و هدب دس د سبختبس ذسی هتمبسى ثبعث هی

neffگش سپشهدی پبدهتمبسى؛ + (TMha1, TMha3,...)

neff ؛ (Ex)سجت ث هتمبسى– (TMhs2, TMhs4,...))دست-

Lدس لای Exتوشوض ثبلای هیذاى . (3)ضىل ضذثذی

Lبی طبگش مص هثش اختلاف صیبد ضشایت ضىست لای

H .ضشیت ضىست هثش هدب، ثب هیل وشدى استdH ث

-مش nSPPضد )دس حذد ضدیه هی 1سوت صفش، ث

-مش nSPP سوت ا( ثب هیل وشدى آى ث ثیبیت، ث

وذ.هیل هی 3.66یعی بی وچه( dLسیلیىى )ثشای

هختلف بی dLبی هدی ث اصای ش دست اص هحی

ثخصظ است و خت dHداسای یه مغ تلالی دس یه

تغییشات ضشیت ضىست لجل پس اص آى هتفبت است.

ای است و اص آى ث ثعذ ایي مغ تلالی، دس الع مغ

هد »اهىبى حول ثخطی اص اشطی هج دس لبلت Hی لا

ضشیت سا داسا ضذ اثش خد سا ثشسی « الىتشیهدی

و است neff=1.46گزاسد. دس ایي مغ، ضىست هثش هی

.ثبضذهیسیلیىب -مش nSPPثشاثش ثب

ث اصای HIMI( سبختبس تیغ Lp/λ0عل اتطبسی شهبلیض )

هذ است. عل اتطبسیآ 4هد هزوس دس ضىل 4

ثشاثش( ثضسگتش اص 100هدبی هتمبسى ث هشاتت )تب حذد

0 50 100 150 200 250 300 3501

1.5

2

2.5

3

3.5

4

dH

[nm]

Eff

ecti

ve

Ind

ex:

N eff

TMha1

, dL=2 nm

TMha1

, dL=25 nm

TMha1

, dL=100 nm

TMhs2

, dL=2 nm

TMhs2

, dL=25 nm

TMhs2

, dL=100 nm

TMha3

, dL=2 nm

TMha3

, dL=25 nm

TMha3

, dL=100 nm

TMhs4

, dL=2 nm

TMhs4

, dL=25 nm

TMhs4

, dL=100 nm

ث HIMIسبختبس TM: ضشیت ضىست هثش چبس هد ال 2ضىل

اتخبة dM=20nm. ضخبهت فلض ثشاثش ثب dH dLاصای همبدیش هختلف

(aاذیس ؛هد پبدهتمبسى ، s؛ اذیس هد هتمبسى)ضذ است.

0 200 400 600 800 1000-2

-1

0

1

2x 10

9

x [nm]

Ex

[arb

it.

un

its]

-200 0 200 400 600 800 1000 1200-6

-4

-2

0

2

4

6x 10

6

x [nm]

Hy [

arbit

. unit

s]

-200 0 200 400 600 800 1000 1200-3

-2

-1

0

1

2

3x 10

8

x [nm]

Ez

[arb

it.

unit

s]

0 200 400 600 800 10000

1

2

3

4

5x 10

7

x [nm]

En

erg

y D

en

sity

(W

) [a

rbit

. u

nit

s]

TMha1

TMhs2

TMha3

TMhs4

TMha1

TMhs2

TMha3

TMhs4

HIMIسبختبس دس( Exصیع هلف عودی هیذاى الىتشیىی ): ت3ضىل

.dH=400nm ،dL=25nm dM=20nmث اصای TMثشای چبس هد ال

0 50 100 150 200 250 300 35010

0

101

102

103

104

105

dH

[nm]

No

rmal

ized

Pro

pag

. L

eng

th (

L p/

0)

TMha1

, dL=2 nm

TMha1

, dL=25 nm

TMha1

, dL=100 nm

TMhs2

, dL=2 nm

TMhs2

, dL=25 nm

TMhs2

, dL=100 nm

TMha3

, dL=2 nm

TMha3

, dL=25 nm

TMha3

, dL=100 nm

TMhs4

, dL=2 nm

TMhs4

, dL=25 nm

TMhs4

, dL=100 nm

ث HIMIسبختبس TM: عل اتطبسی شهبلیض چبس هد ال 4ضىل

اتخبة dM=20nm. ضخبهت فلض ثشاثش ثب dH dLاصای همبدیش هختلف

(aاذیس ، هد پبدهتمبسى؛ sذیس )هد هتمبسى؛ اضذ است.

هدبی پبدهتمبسى است. هطبث سبختبسبی غیش دسگ

IMIبهیذ. هی« هدبی ثشدثلذ»تاى ایي هدب سا ، هی-

داین و اثعبد فضبیی هدبی ثشدثلذ دس سبختبسبی غیش

، ث هشاتت اص حذ پشاش ثضسگتش ستذ. دس IMIدسگ


4

یت عل هدی شهبلیض ة ث تشت-5الف -5ضىل

(Lm/L0( عل فضبیی شهبلیض )Ls/L0 ث اصای د هد )

)وچىتش dH<200 nm( دس هحذد TMha1,TMhs2ال )

dL=25 nm ثشای (اص ضخبهت لغع سپشهدبی هتمبسى

ثشاثش ثب ، حذ پشاش فضبی آصاد L0 سسن ضذ است.

λ0/2=775 nm .دس ضد و ش د هد هطبذ هی است

)خظ خبوستشی افمی( اص حذ پشاش dHهحذد سیعی اص

وذ. لبثل تخ است و ثب خد وچىتش ثدى عجس هی

، TMha1( سجت ث هد TMhs2عل فضبیی هد ثشدثلذ )

تسظ هد (nm155 )حذد اهب ثتشیي عل هدی

ضد و ثیبگش لبثلیت ثبلای آى دس ثشدثلذ حبصل هی

همبیس اشطی دس یه بحی هحذد است.توشوض حذاوثش

سجت ث سبختبس تیغ غیشدسگ HIMIسبختبس تیغ

IMI( دس لبلت هحی ،Lp/λ0-Ls/L0 )ضىل گیشدادبم هی(

-ث اصای د خس هختلف دی IMI. سبختبس تیغ (6

هسد استفبد لشاس گشفت HIMIالىتشیه و دس سبختبس

و عجس اص حذ پشاش ضدتحلیل ضذ است. هلاحظ هی

بهوىي است اهب تسظ سبختبس IMIتسظ سبختبس تیغ

وچیي دس یه عل فضبیی ضد.هحمك هی HIMIتیغ

تب حذ HIMI( سبختبس تیغ 12.1ε=ثب IMIهطتشن )

λ0400 (um620 ) ثشای(dL=100 nm ) عل اتطبسی

دذ.ای سا طبى هیو ثشتشی لبثل هلاحظ داسدثیطتشی

ثبعث (dM) ثل روش است و افضایص/وبص ضخبهت فلضلب

ث سوت 6بی ضىل هحی تمشیجب عودی حشوت

ثشای هثبل ضد. هی افت/ثجد عولىشد سبختبس پبییي/ثبلا

، عل اتطبسی dM=10, 20, 50 nmعذدی فق ث اصای

است. Lp=3000, 700, 60 λ0 ث تشتیت

گیزی وتید -4

عبیك هسد تحلیل لشاس -فلض-كسبختبس تیغ دسگ عبی

« عل فضبیی» « عل هدی»، «عل اتطبسی». گشفت

بهتش 1550هج ب، دس علثش حست ضخبهت لای

ثب اتخبة هبست استخشاج ضذذ. طبى داد ضذ و

دس صیش حذ پشاش «هد ثشدثلذ»پبساهتشبی فیضیىی،

هیسش جد.، اهشی و دس سبختبس غیشدسگ یبثذهیاتطبس

مزاخع

[1] S. A. Maier, “Plasmonics: The promise of highly

integrated optical devices,” IEEE J. Sel. Topics Quant.,

vol. 12, pp. 1671–1677, 2006.

0 50 100 150 200

10-1

100

No

rmal

ized

Mo

de

Len

gth

(L m

/L0)

dH

[nm]

0 50 100 150 20010

0

101

102

103

104

No

rmal

ized

Pro

pag

. L

eng

th (

L p/

0)

dH

[nm]

0 50 100 150 20010

-1

100

No

rmal

ized

Sp

atia

l L

eng

th (

L s/L0)

dH

[nm]

TMha1

TMhs2

TMha1

TMhs2

TMha1

TMhs2

الف

0 50 100 150 200

10-1

100

No

rmal

ized

Mo

de

Len

gth

(L m

/L0)

dH

[nm]

0 50 100 150 20010

0

101

102

103

104

No

rmal

ized

Pro

pag

. L

eng

th (

L p/

0)

dH

[nm]

0 50 100 150 20010

-1

100

No

rmal

ized

Sp

atia

l L

eng

th (

L s/L0)

dH

[nm]

TMha1

TMhs2

TMha1

TMhs2

TMha1

TMhs2

ة

عل فضبیی شهبلیض د هد - ة عل هدی شهبلیض -: الف5ضىل

. dL=25nm dM=20nmث اصای HIMIال سبختبس تیغ

0.5 1 2 5 1010

1

102

103

104

No

rmal

ized

Pro

pag

. L

eng

th (

L p/

0)

Normalized Spatial Length (Ls/L

0)

dH

=20 nm200 nm

HIMI dL=2 nm

HIMI dL=25 nm

HIMI dL=100 nm

IMI =2.1

IMI =12.1

: همبیس عل اتطبسی عل فضبیی هد ثشدثلذ دس سبختبس 6ضىل

. dM=20nmث اصای IMIثب سبختبس تیغ HIMIتیغ

[2] R. F. Oulton, V. J. Sorger, D. A. Genov, D. F. P. Pile, and

X. Zhang, “A hybrid plasmonic waveguide for

subwavelength confinement and long-range propagation,”

Nature Photonics, vol. 2, no. 8, pp. 496-500, Jul. 2008.

تحلیل تلافی غبی، هحود اخذ سویعی، هحوذ بضن، [3]-دی-سبختبس دسگ چذلای پلاسوی فلضاتطبسی خاظ

مىذسیکىفزاوس چارمیه مقالات مدمع، الىتشیه

.1390 ثوي تجشیض،، 81-78ظ ،فتویک ایزان

تحلیل هخجش پس، هعصه، الذهی، ویاى لیهحود [4]الىتشیه پلاسیتى سغحی یجشیذی ثب د ثش دی-پلاسوى

دذمیه کىفزاوس اپتیک ي مقالات مدمع، هتمبسى

.1390 ثوي تجشیض،، 68-65ظ ،فتویک ایزان

[5] N. Shi, R. Ramprasad, “Dielectric properties of ultrathin

SiO2 slabs,” Applied Physics Letters, vol. 87, no.

262102, 2005.

1

پزداسش رقمی تصویز بانگاری رقمی در تمامحذف مولفه مزتبه صفز

1یهحوذ قبدسهض ،2، هحوذاثالحسی1یذالله سستوی

احذ سذج، سذج گش فیضیک، داطگب آصاد .1

گش فیضیک، داطکذ علم پبی، داطگب اساک، اساک خیبثبى ضیذ ثطتی .2

هلف هشتج صفش ث صست سقوی اجبم هی ضد. ثذست آسدى تصیش س ثعذی است،ثبصسبصی عشح تذاخلی ک هجش ث ،ی سقویدس توبم گبس: چکیذ

. ک تیج آى حزف هلف هشتج صفش استگشدد ایي هقبل سضی هعشفی هیدس ظبش هی ضد. گبس متوباست ک دس ثبصسبصی س هلف ای یکی اص

.آى تصیش استذ حزف آب اص ثبصسبصی ض تصیشثب ضذت ثبلا اص پیکسلبی پیذا کشدى اسبس ایي سش

کلیذ اط: توبم گبسی سقوی، هلف هشتج صفش

Pacs :09000090

Zero order elimination by digital process in digital holgraphy

Ydollah Rostami1, Mohamad Abolhassani2, Mohamad Ghadermazi 1

1. Islamic Azad University, Sanandaj branch, Sanandaj

2. Department of physics, Faculty of science, Arak University, Arak

Abstract: In digital holography, reconstruction of interference pattern which is lead to 3D image

reconstruction is done by digital process. Zero order is one of the three patterns that it appears in reconstructed

image. In this work a method has been proposed that it eliminates the zero order. This method is based on

finding the pixels with high intensity and subtracting them from main reconstructed hologram.

Keywords: digital holography, zero order.

PACS No: 090.0090

2

مقدمه -1

س ثعذی اص تصیش یک سش ثشای ثبصسبصیتوبم گبسی

جسن است ک دس آى ثب استفبد اص س وذس یک عشح

ی ثجت ه یک هج هشجع جسنس ثبصتبثیذ اص تذاخلی اص

حسبس سگب توبمضد. ایي عشح تسظ فشایذ ضیویبیی دس

ثشای ثبصسبصی ].1[تجذیل ث عی تشاگسیل هی ضد ث س

هشحل آى سا ثب وبى هج هشجع وذس گبس توبماص شتصی

CCDثب ظس دسثیي بی .ثجت هسد تبثص قشاس هی دذ

ب دسثیي ایي .گبسی اتفبق افتبد پیطشفت چطوگیشی دس توبم

ثکبس سفتذ ایي اثتذای گبس توبمثشای ثجت عشح تذاخلی اص

ثشای سقوی گبسی دس توبم گبسی سقوی ثد. ظس توبم

یست اپتیکی ثبصسبصی تصیش یبصی ث فشایذ س دی

گیشد. ثبصسبصی ثب استفبد اص فشایذ عذدی صست هی

سقوی گبسی توبمکلاسیک دس گبسی توبموبذ هسد

صفش تصبیش هشتج لف تصیش ثبصسبصی ضذ ضبهل ه

چذیي سش ثشای حزف هلف هشتج صفش .است دتبیی

سش اتقبل فبص،اى ث سش ت پیطبد ضذ، ک اص جول هی

-4[گیشی سش حزف ثب فیلتش فضبیی اضبس کشد هیبگیي

یکی هجی ثش دس ایي هقبل ثشای حزف ایي هلف تک .]2

اسائ ضذ است.تصیش پشداصش دیجیتبلی

نگار رقمی ثبت و باسساسی تمام -2

دس توبم گبسی یک جج هج س وذس ث د جج

ضد، یکی اص د قسوت ث جسن ذف هج تقسین هی

پس اص ثبصتبة اص سغح آى ثب جج هج دیگش ک تبثذ هی

گبس حسبس ث س وبم، دس تضد هج هشجع بهیذ هی

کذ عشح تذاخلی ث صست ساثغ تذاخل هی

)1)

oo

o

iroiro

oriorI

expexp

exp222

دس ایي توبم گبس تسظ فشایذ ضیویبیی ث عی تشاگسیل

داه هج هشجع است ث r، ک دس آىضد تجذیل هی

گبس فشض ضذ ش توبمضکل یک هج سی تخت عود ث

است oio exp .ثشای داه فبص هج ضیئ است

گبس دثبس ثب هج هشجع هسد تبثص تصیش، توبم ثبصسبصی

صیش ساثغ ثبصسبصی ث صست بی گیشد، تب هلف قشاس هی

(2 ) oo iorior

orrIr

expexp 22

23

هشتج صفش)د هلف ال(، ظبش ضذ. ک ضبهل هلف

)هلف چبسم( هجبصی تصیش حقیقی )هلف سم( تصیش

ضذ است. اص جسن

شح تذاخلی ث صست عذدی دس یک گبسی سقوی ع دس توبم

. ثشای ثبصسبصی جج هج ضیئ اص ضد سایب رخیش هی

ی عشح تذاخلی ب اگش فشض کین داد بی ثجت ضذ داد

گبس هبذ دس صفح توبم h(x,y)هبتشیس تک ث صس

، آگب اذ دس هج هشج ضشة ضذ اذ ( ثجت ضذ1ضکل )

داه هج ضیئی ثبصسبصی ضذ دس صفح ثبصسبصی تسظ

( ثذست 3اتگشال فشل کیشضف ث صست ساثغ )

. ]5[آیذ هی

dxdyi

yxRyxhi

cos

12exp,,,

(3)

ک دس آى

(4 ) 222dyx

( طبى داد ضذ است فبصل 1وبگ ک دس ضکل )

hاست گبس ثیي قبط دس صفح ثبصسبصی صفح توبم

داه هج هشجع R ،گبس ضذت ثجت ضذ دس توبم عل هج ثکبس سفت دس فشایذ ثجت عشح است.

وچیي گبس( صفح توبم)دس ,yxاص آجب ک ,

خیلی )فبصل د صفح(dصفح ثبصسبصی( دس هقبثل دس )

( اعوبل 3صیش سا ث ساثغ )تاى تقشیجبی کچک ستذ، هی

کشد. ال 1cos کسیس صای طبى داد ضذ دس (

خاین ای (( دم ایک ثب ثسظ د جول1ضکل)

داضت:

(5 )

d

y

dd

22

22

دس دسثیي ث صست ب ثب تج ث ایک داد ثبلاخش

ضذ داه ثبصسبصی دس صفح ثبصسبصی گسست رخیش هی

3

:]5[ثب کوی هحبسج ث صست صیش خاذ ضذ

(6)

2222

2222

exp,,

exp,

ylxkklhklRFFT

md

iAnm

گبس صفح ثبصسبصی : صفح توبم1ضکل

Nتب 1اعذاد صحیح اص m,n,k,lیک ثبثت، Aک دس آى

(، هتغیشذ CCDتعذاد پیکسلبی ثجت )پیکسلبی دسثیي

FFT است. تجذیل فسی yx عل پیکسلب دس صفح ,

گبس توبم عل پیکسلب دس صفح ثبصسبصی ,

.]5[ستذ

ثب تجذیل فسی لگشام عشح تذاخلیی ک تسظ دسثیي

CCD ثجت ضذ است، دس هیبثین ک هلف هشتج صفش دس

هلف فشکبس فضبیی د گیشد هشکض صفح فسی جبی هی

تذاخلی هشثط ث تصبیش حقیقی هجبصی ث صست هتقبسى

گیشتذ ک ثش ویي اسبس ثب دس د عشف آى جبی هی

استفبد اص فیلتشیگ دس حص فشکبس وبذ آچ دس

تاى هلف هشتج صفش سا حزف اجبم ضذ است هی 3هشجع

لا گزس است. اقع عی فیلتش ثب ود ایي سش دس

گیشی اص پیکسلبی یک ثب هیبگیي سضی دیگش دس

لگشام ک اص ساثغ

(7 )

1

0 02

,1 N

k

N

k

m ylxkhN

h

آیذ کن کشدى آى اص و پیکسلبی لگشام ثذست هی

تاى هلف هشتج صفش سا حزف کشد. اسبس ایي سش یض هی

لا گزس است ک تیج آى حزف هلف یض وبذ فیلتش ثب

هشتج صفش است.

و نتایج بدست حذف مولفه مزتبه صفز -3

آمده

اضبس ضذ دس ثبلا قغع فشکبس پبییي دس ش د سش

ضد فشکبس پبییي هجش ث حزف هلف هشتج صفش هی

ثبثبثشایي . دل ضذت ثیطتش آى استهلف هشتج صفش هعب

ثبصسبصی ضذ دس تصیش بی ثب ضذت ثبلاپیذا کشدى پیکسل

هلف هشتج صفش سا تاى هی کن کشدى اى اص وبى تصیش

MATLABاص شم افضاس ثشای اجشای ایي ایذ .حزف ود

لگشام اصلی ثبصسبصی استفبد ضذ است ث ایي تشتیت ک

اص . پس اص آى ضذ رخیش هی Aدس هبتشیس ضذ است

ضذت کوتش پیذا اص پیکسلبی ثب ضذت ثبلا پیکسلبی ثب

ک ایي کبس سا هی تاى ث عشق هختلف اص ضد صشفظش هی

ب رخیش دادجول تغییش کلاس داد ب، کن کشدى دقت

اجبم داد. ک هقذاس هطخصاص ی یب صشفظش کشدى اص داد ب

هقذاس ، پیکسلبی ثب ضذت ثبلا هطخص ضذ کپس اص آ

Bثب بم هبتشیس جذاگبدس یک پیکسلب عذدی ایي

A Bکشدى د هبتشس هشتجثشای ن .ضد رخیش هی

Bهبتشیس ایي .ضد پش هی ثب صفش Bثقی عبصش هبتشیس

. حبصل کبس حزف هلف هشتج ضد کن هی A هبتشیس اص

صفش است.

ضبیذ ایي گشای پیص ثیبیذ ک ثب حزف هلف بی ثب

یش جسن دس جبیی ک ضذت آى صبلا اعلاعبت تضذت ث

هثلا صهبی ک جسن ذف یک ضیئ دسخطذ - ستثبلا

، اهب ثبیذ تج داضت ک وبغس ک اص اص دست ثشد -است

هلف هشتج صفش اص جوع ضذت ( ثش هی آیذ ضذت 2ساثغ )

هج هشجع هج ضیئی ثذست هی آیذ ثبثشایي دس ش

تج صفش اص تصیش حقیقی هجبصی هلف هشحبلت ضذت

ثیطتش است.

ثذى حزف هلف هشتج الی ثبصسبصی ضذ تصیش 2ضکل

.دذ سا طبى هی صفش


4

لف هشتج صفشتصیش ثبصسبصی ضذ ثب جد ه (2ضکل )

تصیش ثبصسبصی ضذ ث تضیح داد ضذ سش بلتیج اعو

بگ ک دس و ( طبى داد ضذ است.3)ضکل دس ،2ضکل

ضکل طبى داد ضذ است هلف هشتج صفش حزف ضذ

است.

ثب لف هشتج صفشهحزف ضذ ثب جد یثبصسبص شیتص (3ضکل )

لشائ ضذسش

گیزی نتیجه -4

هلف هشتج صفش یکی اص هلف بی تذاخلی است ک دس

ظبش هی ضد دس ایي هقبل سای ثشای ثبصسبصی لگشام

یي هلف اسائ ضذ است ک دس اى ثب پیذا کشدى حزف ا

ثب ضذت ثبلا کن کشدى آى اص تصیش ثبصسبصی ضذ هلف

.اصلی اجبم ضذ است. تیج ثب آصهبیص تبییذ ضذ است

مزاجع

تشجو هحوذ اثالحسی، ، سج ضبسی اپتیکی ضل ی. گسیک، [1]

1386 ،دانشگاه اراک

[2] M. Abolhassani, Y. Rostami. Zero order elimination in

digital holography by using of two holograms: one is

made by titling the CCD, Proc. Of SPIE, vol 8082,

2011.

[3] I.Yamaguchi, T. Zhang, Phase shifting digital holography. Opt Lett. 1221-1223(1998).

[4] E. Cuche P. martquet, C. Depeursinge, Spatial filtering

zero order and twin image elimination in digital off

axis holography , Appl Opt, 39(23), 4070-4075(2000)

[5] U. Schnars, W. Jueptner, Digital holography: Digital

hologram recording, Numerical reconstruction and

related techniques, Springe, Berlin, (2005).

ديجيتالهولوگرافي در مختلفبررسي كاهش اثر پيسه در تقسيم هولوگرام به زير هولوگرامهاي

1حمد قادرمزي، م2، محمد ابوالحسني1يداالله رستمي

، واحد سنندج، سنندجاسلامي گروه فيزيك، دانشگاه آزاد .1

دانشكده علوم پايه، دانشگاه اراك، ، اراك، خيابان شهيد بهشتي ،گروه فيزيك .2

چندين روش براي كاهش . است ازسازياثر پيسه در فرايند ب ظهور ديجيتالي هولوگرافكلاسيكي و يهولوگرافمشكلات اساسي در كي ازي: هچكيد

تصوير همان بازهم بازسازي با آن انجام شود با استفاده از اين خاصيت كه اگر قسمتي از يك هولوگرام جدا شود و. اين مشكل پيشنهاد شده است

اثر پيسه كم تقسيم هولوگرام به چند زير هولوگرام، تا با استفاده از آن و روشي وجود دارد را خواهيم داشت، هولوگرام كامل بازسلزيدر دهزسازي شبا

هاي هولوگرامنوع تقسيم يك هولوگرام به زير اثر بخش ترين و در اين مقاله اثر تقسيم هولوگرام به زير هولوگرامهاي مختلف بررسي شده است .شود

.ارائه شده است براي كاهش اثر پيسه مختلف

، اثر پيسه، زير هولوگرامهولوگرافي ديجيتال: يد واژهكل

PACS :090.0090 كد

Effect of speckle noise reduction in digital holography for different subhologrm spliting

Ydollah Rostami1, Mohamad Abolhassani2, Mohamad Ghadermazi1

1. Department of physics, Islamic Azad University, Sanandaj branch, Sanandaj

2. Department of physics, Faculty of science, Arak University, Arak

Abstract: The common problem in classical holography and digital holography is presence of speckle noise in reconstruction process. Some methods have been predicted for speckle reduction. If a part of hologram is covered and reconstruction is done by this covered hologram, we will have some reconstructed image that we had with uncovered hologram. Because of this property a method has been proposed that it can reduce the speckle noise in reconstruction process. In this paper effect of hologram spliting for different subhologram has been survived.

Keywords: digital holography, speckle, subhologram

PACS No: 090.0090

2

مقدمه - 1

هولوگرافي يك تكنيك بازسازي تصوير سه بعدي به شمار

م را همزمان و فاز جسدامنه توان مي آيد و در آن مي

و ظهور ديجيتالهاي با توسعه دوربين. ]1[بازسازي كرد

كامپيوترهاي سريع ايده گودمن مبني بر ثبت و بازسازي

كه به نام تحقق يافت ديجيتالها بصورت هولوگراه

پس از آن چگونگي .لوگرافي ديجيتال شناخته شده استهو

هاي صوير با كيفيت بالا به يكي از زمينهبدست آوردن يك ت

از آنجا كه .تبديل شد ديجيتال فيهولوگراتحقيقي مهم در

بايد انتظار شود، استفاده مي نور همدوس از هولوگرافيدر

اتي رخ ظهور اثر پيسه را داشته باشيم و اين امر بصورت ذ

.دهد مي

.]4- 2[كاهش اثر پيسه انجام شده كارهايي مختلفي براي

با استفاده پيشنهاد شده است كه در آن روشي ]2[مرجع در

و ميانگين گيري از هولوگرامبه چند زير هولوگرامتقسيم از

در اين . آن زير هولوگرامها اثر پيسه كم شده است ازسازيب

محتلف نگار هاي به زير تمام رامهولوگم يمقاله نحوه تقس

و بهترين نوع تقسيم يك هولوگرام به زير بررسي

.شده است هولوگرامهاي مختلف ارائه

ديجيتال هولوگرافي -2

يك موج شيئي و يك موج مرجع ديجيتال هولوگرافيدر

كنند و اين طرح تداخلي توسط دوربين با هم تداخل مي

CCD تداخلي توسط دوربين پس از ثبت طرح .دشو ميثبت

بازسازي آن با فرايند عددي ،در يك كامپيوتر و ذخيره آن

.شود انجام مي ،شود به طريقي كه توضيح داده مي

ثبت هولوگرامكلاسيك براي بازسازي تصوير از هولوگرافيدر

اگر همانند .دهند شده آن را با نور مرجع مورد تابش قرار مي

توسط نور كه هولوگرامد فرض شو كلاسيك هولوگرافيمورد

ن ميدا ،، آنگاه طبق نظريه پراشگيردمرجع مورد تابش قرار

توسط انتگرال فرنل نور بازسازي شده در صفحه بازسازي

:]5[شود داده مي 1كيرشهوف به صورت رابطه

)1( ( )

( ) ( ) ( )dxdyi

yxRyxhi θ

ρρ

λπ

λ

ηξ

cos12

exp,,

,

∫ ∫∞

∞−

∞

∞−

−

=Γ

كه در آن

)2 ( ( ) ( ) 222 dnyx +−+−= ξρ

نشان داده شده است فاصله ) 1( و همانگونه كه در شكل

) .بين نقاط در صفحه بازسازي و تصوير است )ηξ ,Γ دامنه

از آنجا . بازسازي شده جسم در صفحه بازسازي است

ηξو همچنين )در صفحه هولوگرام( ,yxكه صفحه در( ,

خيلي كوچك ) فاصله دو صفحه( dدر مقابل ) بازسازي

.اعمال كرد) 1(زير را به رابطه توان تقريبهاي هستند، مي

و صفحه بازسازي هولوگرامصفحه : 1شكل

)اول ) 1cos =θ اي و دوم اينكه با بسط دو جملهρ

م داشتخواهي

)3( ( ) ( )

d

y

dd

22

22 −+−+≈ ηηξρ

در دوربين به صورت ها و همچنين با توجه به اينكه داده

شوند دامنه بازسازي در صفحه بازسازي گسسته ذخيره مي

:]5[خواهد شد )4(رابطه به صورت

( ) ( )

( ) ( ) ( ){ }2222

2222

exp,,

exp,

ylxkklhklRFFT

md

iAnm

∆+∆×

∆+∆

=Γ ηηξλπ

)4(

ي تعداد پيكسلها Nتا 1اعداد صحيح و از m,n,k,lكه در آن

.يك ثابت است A و تبديل فوريه FFT متغييرند، دوربين

yx ∆∆ ηξنگار و ول پيكسلها در صفحه تمامط , ∆∆ ,

بين طول پيكسلها در صفحه بازسازي هستند و رابطه زير

.آنها برقرار است

..

..3

)5 ( yN

d

xN

d

∆=∆

∆=∆ ληλξ ,

ديجيتالي هولوگرامكاهش اثر پيسه در - 3

اگر يك قسمت از كي از خواص هولوگرام اين است كه ي

زي را با اجدا كنيم و بازس را با شكل دلخواه از آن هولوگرام

كه در همان تصوير را توانيم بازهم مي ،آن انجام دهيم

كه بازسازي كنيم ،بدست آورديم هولوگرام اصلي بازسازي

بنابراين در تقسيم .]5[آيد ته كيفيت تصوير پايين تر ميالب

زير هولوگرامهاي مختلف مختاريم هر تعداد يك هولوگرام به

در .بدست خواهيم آورد ير كلي را در هر حالتوچرا كه تص

روشي پيشنهاد شده با استفاده از اين خاصيت، 2مرجع

تقسيم زير هولوگرام اصلي به چند هولوگراماست كه در آن

شده است، سپس هر زير هولوگرام بصورت جداگانه بازسازي

شده است و در نهايت با ميانگين گيري اين تصاوير بازسازي

.اثر پيسه كم شده استشده

اثر تقسيم زير هولوگرام به زير هولوگرامهاي -4

و نتايج عملي متفاوت

.نوع و اندازه دهانه بستگي دارد كيفيت لكه هاي پيسه به

اقع به مثل پوشاندن دهانه .شكستن هولوگرام در واز آنجا كه

هولوگرام به زير نحوه تقسيم بنابراين است CCDدوربين

هولوگرامهاي مختلف در كيفيت تصوير بازسازي شده كاملا

با تعداد ر هولوگرامهاهر چه تقسيم به زي .موثر است

ثر آن مركزتر و مربعي تر باشد، احالت مت پيكسلهاي يكسان،

و در نهايت تصويري با پيسه بيشتر استلكه هاي در حذف

يك هولوگرام در حالت اول .كيفيتي بهتر بدست مي آيد

كه از يك تاس ثبت شده است، پيكسل 512×512اب نوعي

م شدن به يبه سه زير هولوگرام تقسيم شده است و اين تقس

هوگرام به صورت ستوني يعني سه زيرصورت سه

نحوه .م مي شوديتقس پيكسل 512×170م با هولوگرازير

.نشان داده شده است 2تقسيم بصورت شماتيك در شكل

تقسيم هولوگرام به سه زير هولوگرام ستوني: 2شكل

تصوير حاصل از بازسازي اين سه زير هولوگرام تركيب

.نشان داده شده است 3ستوني در شكل

هولوگرام ريهولوگرام به سه ز مياز هولوگرام در تقس يسازباز :3شكل

يستون

زيرهولوگرام به سه حالتي كه براي مقايسه اين حالت با

شود كه مي م يطوري تقس هولوگرام همان تقسيم شود،

مستطيليو يك زير هولوگرام مربعيشامل دو زير هولوگرام

.استنشان داده شده 4و بصورت شماتيك در شكل باشد

هولوگرام به سه زير هولوگرام نحوه تقسيم :4شكل

تركيب تصوير حاصل از بازسازي اين سه زير هولوگرام در

3مقايسه شكل همانطور كه .نشان داده شده است 5شكل

در حالت دوم يعني در حالتي با ،نشان مي دهد 5با شكل

.كيفيت تصوير بهتر است تر مهاي مربعيهولوگرا

هولوگرام ريهولوگرام به دو ز مياز هولوگرام در تقس يبازساز: 5شكل

يهولوگرام ستون ريز كيو يمربع

هولوگرام به چهار زير هولوگرام تقسيم براي حالتي كه

در حالت اول هولوگرام .شود نيز اين مقايسه صورت ميگيرد


4

ستوني تقسيم شده است و بصورت ه جهار زير هولوگرام ب

بازسازي از .. نشان داده شده است 6شماتيك در شكل

.نشان داده شده است 7تركيب اين هولوگرامها در شكل

تقسيم هولوگرام به چهار زير هولوگرام ستوني :6شكل

لوگرام هو ريهولوگرام به چهار ز مياز هولوگرام در تقس يبازساز: 7شكل

يستون

در مرحله بعد هولوگرام به چهار زير هولوگرام مربعي تقسيم

نشان داده شده 8شده است كه بصورت شماتيك در شكل

9بازسازي از تركيب اين زير هولوگرامها در شكل . است

.نشان داده شده است

تقسيم هولوگرام به چهار زير هولوگرام ستوني: 8شكل

ولوگرام در تقسيم هولوگرام به چهار زير هولوگرام بازسازي از ه: 9شكل

مربعي

نشان مي دهد 7با شكل 9همانطور كه مقايسه شكل

در تقسيم هولوگرام به زير بازسازي شدهكيفيت تصوير

.بهتر استهولوگرامهاي

براي زماني كه . ونه بطور موردي بررسي شدماين دو ن

ام تقسيم شود نيز هولوگرام به تعداد بيشتري زير هولوگر

نشان داده كه هر چه زير تاييد شده است وآزمايش توسط

ذف پيسه در تصوير مها مربعي تر باشند اثر حهولوگرا

.بازسازي شده از تركيب آنها بيشتر است

گيري نتيجه - 5

گذارد، هاي پيسه روي كيفيت تصوير اثر منفي مي مولفه

اء كيفيتبنابراين كاهش اثر آن يك نياز جدي در ارتق

يكي از روشهاي كاهش . است ديجيتال هولوگرافيدر تصوير

تقسيم انجام شده است، ]2[همانطور كه در مرجع پيسه

كيب تصاوير هولوگرام به زير هولوگرامهاي مختلف و تر

در اين مقاله اثر تقسيم هولوگرامها . بازسازي شده از آنهاست

داده شد نشانبه زير هولوگرامهاي مختلف بررسي شده و

باشند اثر حذف پيسه مربعي تر كه هر چه زير هولوگرامها

.ودبهتر خواهد ب

مراجع

ترجمه محمد ابوالحسني ،سنجه شناسي اپتيكي گسويك،. شل ي ]1[

1386،، دانشگاه اراك

[2] M. Abolhassani , Y. Rostami, Speckle noise reduction by division and digital processing of a hologram, Optik, In Press.11-134

[3] X. O. Cai, Reduction of speckle noise in the reconstructed image of digital holography, Optik, vol 121, P 394-399(2010).

[4] X. O. Cai, H. Wang, The influence of hologram aperture on speckle noise in the reconstructed image of digital holography and its reduction, Opt. Commun, vol 281, P 232-237(2008).

[5] U. Schnars, W. Jueptner, Digital holography: Digital hologram recording, Numerical reconstruction and related techniques, Springe, Berlin, (2005).

1

لاسمای لیسری حاصل از هذف وازک پلیمری در فشارهای پاییه پ اوبساط

3، فشضس ضاسدی3سکساا سیاى ، 2، ادس هشضذیاى1صشاالساداذ هحوذی

گش فیضیک داطگا تیي الوللی اهام خویی قضیي 1 خظطکذ لیضس اخسیک -خظطگا علم فى سس ای2

زشاى هشکضاحذ –صاد گش فیضیک داطگا آ 3

دس هیلیوسش 02/0ت ضخاهراص خس خلیوش دس ایي هقال ، سفساس خلاسوای حاصل اص تشخسد تاسیک لیضس تا ذف اصک چکیذه:

اثای تشای زطکیل 30اهسش خای صهای 1064ت عل هج Nd:YAGفطاسای خاییي خ هغالع ضذ اسر. اص لیضس

اثای تشای سای گاسی خلاسوا اسسفاد 10اهسش خای صهای 532تا عل هج Nd:YAGواگ دم لیضس صخلاسوا ا

ت سا سشعر کاطی سفساسخلیوشی اصک ذف ایي تشای هیلی تاس زا یک 10-2 فطاسص اص هحیظ فطاس گا شتا زغییضذ اسر.

ضشت 6 اذ تش ساسیوسش هشتع دس حذد 5×10 10 س زقشیثاضی لیطتشای اش .دذطاى هی cm/s 4×10 6 زا 7×10 6 زشزیة اص

.گشددهطاذ ذف سساخ ضذ خلاسوای سقیقی دس خطر ذفم اسر زا ضس لاصلی

، فطاس خاییي، خلاسوای لیضسیخلیوشی ذف اصک -کلیذ اط

PACS:140/140کذ

Laser-produced-plasma expansion with polymer foil target in low pressure

Mohamadi, Zahra Sadat1; Morshedian, Nader2; Noorian, Roxana3; Shahverdi, Fereshteh3

1Physics Department of Imam-Khomeini, Qazvin University

2School of Laser and Optic, Nuclear Science and Technologies Institute, Tehran-Iran

3Physics Department of Azad University, Tehran-Markaz

Abstract: In this paper the behavior of plasma produced due to the interaction of laser beam with thin polymer foil with

thickness 0.02 mm have been studied in the low pressure of ambient gas. It has been used two Nd: YAG laser, first 1064 nm

wavelength and 30 ns pulse duration as a interaction beam for generation of plasma and second by another Nd: YAG laser,

with second harmonic 532 nm wavelength and 10 ns pulse duration as a probe for shadowgraphy. With increasing ambient

pressures from 10-2 to 1 mbar shows decreasing in speed of plasma expansion from 7× 106 to 4 × 106 cm/s respectively . For

intensity of laser about 5× 1010 W/cm2, nearly six laser shot needed to make a hole in target and produce low dense plasma in

back side of target.

Keywords: Polymer thin film, Laser induced plasma, low pressure

PACSNo:140.140

سیسساى تلچسساى، داطگا 1391توي 5زا 3

2

مقذمه -1

اذسکص لیضس ای قی دس اسسفاد اص ذف ای گاگى

ضد. ت تا خلاسوا تشای کاستشدای هخسلف هغالع هی

ایکس تکاس گیشی اص زلیذ خشز ای تحثعاى هثال دس

. دس خظص ای ]1[ذف ای اصک هسد زخ اسر

اسخاب خضص ، سس ای اشطی گذاخر هشتط ت

ای حثاب دسى سخرکدسل ای خلیوشی تشای

قشاس یخلیوشهاد لای اصکی اص تصسذضیط ای

اذس کص لیضس تا ذف اصک دس دس هغالع .]2[هی گیشد

حائض ییي، سفساس خلاسوای خلیی خطسی ذف فطاس خا

اثش هج ضکی زغییشاذ ضذیذ چگالی ].3[اویر اسر

]5[هحیظ گاصی هسفاذیض ]4[فطاس خاییي خلاسوا دس

ى خظطگشاضای زطخیصی گاگى هسد زخ تا س

سفساس خلاسوای حاصل اص دس کاسزدشتی حاضش تد اسر.

تا فیلن اصک خلیوشی دس لیي تاس تشای ا اذسکص لیضس

.گشفس اسرفطاسای خاییي ازوسفش هسد تشسسی قشاس

چیذمان آزمایش و مشخصات آن -2

طاى داد 1آسایص تکاس سفس دس ایي آصهایص دس ضکل

یضس ت عاى ل Nd:YAGلیضس هدوع اسر . د ضذ

(IC)کصهحفظ تشویض کاش لیضس تشوکص

دس هدوع ال یعی . هی ضد ضاهل ایص ساآصه سیسسن

تشوکص، عل ساگش لیضس تشوکص سیسسن

30فعال Q خای صهای آى تا سئیچ ساسیوسش110

ضاهل سص ای ت ،لیضس تشوکصساگش ثای اسر. ا

هیلیوسش تشای تثد کیفیر فضایی تاسیک خشخی 4قغش

ای ت گش اص زقیر کذاسر . خشز خشخی ایي سا

هیلیوسش عثس کشد سدس اسد هحفظ 9قغش

تا فاصل L3ضد خس اص عثس اص لض هی تشوکص

، سی ذف اصک اص خس خلیوش ت ساسیوسش 5/7کای

هیلیوسش هسوشکض ضذ زطکیل خلاسوا 02/0ضخاهر

ت زوام تاصزاتاىی، ضاهل د آیدذ. لیضس کاش هی

کذ گلي ، قغثی PC، سلل خاکلضساسیوسش 80عل

هیلیوسشی تا ضشیة 10 3، د ازالى GTزاهسى

کشدى هذای علی تشای کن %30% 20تاصزاتص تسشزیة

تاضذ. خشز کاش اص هطس گلي هیAM هحیظ فعال

، KTP خس اص عثس اص سلل ذض زاهسى خاسج

اهسش 532ت عل هج Nd:YAGواگ دم لیضس

زلیذ هی ضد. ت هظس افضایص قغش تاسیک کاش تشای

تیطسشی اص خلاسوای زلیذ ضذ، خشز خضص دادى سغح

تسشزیة تا L2 L3لیضس اص خشز گسسش ضاهل د عذسی

، وشا تا یک فیلسش ساسیوسش 50 5/37فاصل کای

گشدد. فضایی ذایر هی

آصهایصآسایص زدشتی تکاس سفس دس -1ضکل

حشکر دس خر ای ت صسذ هکایض ضاهل Ta))ذف

داخل هحفظ حشکر هی کذ. تعذ اص ش عودی افقی

تسش اسر هحل تشخسد زغییش کذ زا خلاسوای لیضس ضشت

یکاخسی داضس تاضین. حذاکثش ضذذ لیضس خس اص کای

اذ تش ساسیوسش هشتع اسر. 5×10-10 ضذى سی ذف

، کاش، زقیر تشوکصفاصل صهای تیي لیضسای

تسیل دسسگا زاخیش CCD دستیي Q کذ، سئیچ

ضد. دذ صهای کسشل زظین هی

تشوکص)وداس ال( وداسدم(ای اص زح کاش ) و -2ضکل

وشا خدویي کفشاس هذسی فزیک ایشاى صدویي کفشاس اخسیک فزیک ایشاى ت

3

ص کچکی )کوسش اص ت کوک د زیغ و تشداس، تخ

%(خشز ای کاش تشوکص ت فسداید فشسساد 4

ای هشتط ت آا سی اسیلسکج ثثر ضذ سیگال

ت سایا هسصل اسر CCDضذ. دستیي هطاذ هی

زصیشای دسیافسی هسد Data Rayاص عشیق شم افضاس

اى ت گیشذ. فطاس دسى هحفظ سا هی ز تشسسی قشاس هی

کوک خوح ای چشخطی زست هلکلی زا حذد

Torr کاص داد. 5×10- 6

ی تجربیها تحلیل داده -3

دس CCDو ای اص زصایش ثثر ضذ زسظ دستیي

اثای خس اص ضشت لیضس سا طاى 30 )3 (ضکل

هاع اص عثس تاسیک کاش ضذ خلاسوای چگالهی دذ.

ضد. دس خشاکذ هییا دس خلاسوا خزب تاسیک لیضس

ایصسذ خلاسوا ت صسذ لک ای زیش ت وشا آى

هج ای گشهایی حاصل اص خلاسوا دس زصایش دیذ

، اتسذا رساذهی ضد. تشای تذسر آسدى سشعر گسسشش

رساذ هج خث الیي سایهقذاس فاصل عی ضذ تسیل

خ ت ذ دس د سور ذف سا خیذاکشد تا ززطکیل ض

تذسر اسیلسکج سشعراخسلاف صهای ثثر ضذ سی

دس ضدیکی خلاسوا آیذ. تا کاص فطاس هحفظ، چگالی هی

کاص صیشا تاهی ضد. تیطسشهحل تشخسد لیضس تا ذف

هیذاى لیضس خزب صی تیطسشی اطاش، هحیظ چگالی رساذ

خلاسوا گشهسش سشعر رساذ دس سید هی ضدذف

تیطسش هی ضد.

هیلی طل خلاسوای خطسی زقشیثا تعذ 110تا اشطی لیضس

خس اص ایي ضشت ذف ضد. ضشت لیضس ظاش هی 6اص

سغح ذف کشدى خاتداسساخ ضذ اسر یاص ت

خاین داضر.

اص صایش خلاسوای خلیی خطسی. خلاسوای خطسی خس ز -3ضکل

ضشت زلیذ ضذ اسر.6

سشعر اثساط هطاذ هی ضد (4)تا زخ ت ضکل

تاس اص هیلی 10-1خلاسوای خلیی دس فطاس

cm/s cm/sزا 5/5×10 6

دس فطاس 5/1×10 6cm/s زا cm/s 6 10×7اصهیلی تاس، 2-10

6 10×1

طی دس سشعر ( سذ کا5) یض دس ضکل کاص هی یاتذ

cm/s خلاسوای سغح خطسی اص تیطی زا 2/2×10 6

هیلی تاس دیذ 10 -2دس فطاس cm/s 6 10×1 کوی

. آصهایطاذ طاى دادذ ک سشعر اثساط خلاسوا هی ضد

( 6تا افضایص فطاس کاص هی یاتذ ک سایح آى دس ضکل )

طاى داد ضذ اسر. دیذ هی ضد دس تاص صهای

10-2دس فطاس cm/s 6-10×5ثای سشعر اص ا 10 -20

cm/s هیلی تاس ت یافس اسر. 5/4×6-10

10 -1خلیی دس فطاس خث هج سشعر اثساط -4ضکل تاس هیلی2-10

هیلی 10-2 10-1دس فطاس خطسی خث هجاثساط وداس -5ضکل

تاس

25 30 35 40 45 50 5512

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

exp

an

sio

n s

pe

ed

- r

ea

r sid

e(*

10

5cm

/s)

Time(ns)

pressure10-1mbar

pressure10-2mbar

0 10 20 30 40 500

10

20

30

40

50

60

70

Time(ns)

expansio

n s

peed -

fro

nt

sid

e(*

10

5cm

/s)

pressure10-1mbar

pressure10-2mbar

، داطگا سیسساى تلچسساى1391توي 5زا 3

4

تشحسة فطاس دس صهاای اثساط خلاسوا وداس سشعر -6ضکل

هخسلف

وتیجه گیری -4

ایک خضص خلیوشی اصک تشای کدسل ای تا زخ ت

هغالع ضاخر سخر دس گذاخر لیضسی تکاس هی سد،

لیضس تا ذف ای اصک خلیوشی اویر خیذا اذسکص

طاى داد ضذ ک تا اشطی لیضس دس ایي آصهایص هی کذ.

اهسش تشای ضخاهر 1064هیلی طل عل هج 110

هیلی هسش اص ذف اصک خلیوشی حذدا ضص ضشت 02/0

اص خالس لیضس لاصم اسر زا ذف سساخ گشدد. وچیي

آداییک ییضاسیى کاهلی دس ایي ضذذ لیضس تا ذف

های رساذ تاسداس ای خلیوشی ذاسین، تشآسد دقیقی اص د

وی زاى اسائ داد خلاسوای حاصل یک خلاسوای سقیق

حای رساذ ازن ای خثی حسی هلکل ای زدضی

تا افضایص فطاس هحیظ، سشعر طذ خلیوشی اسر.

دس ضذذ خشز لیضساثساط رساذ کاص هی یاتذ یض تیطی سشعر هج اذ تش ساسیوسش هشتع 5×10 10

10-2ساسیوسش تش ثای دس فطاس 7×10 6 هایی رساذگش

هیلی تاس تشآسد ضذ اسر.

مراجع

[1] S. Ladas , L. Sygellou ,S. Keno , M. Wolf b, G. Roeder ,

A. Notch, M. Rambach, "An X-ray photoelectron

spectroscopy study of ultra-thin oxy nitride films "Thin

Solid Films 520 (2011) 871–875

[2] S.A. Letts, E.M. FearoN, S.R. Buckley, M.D. Saculla,

L.M. Allison and R. Cook, “Fabrication of Polymer Shells

Using a Depolymerizable Mandrel,” FusionTechnol., 28,

1797 (1995).

[3] L. Escobar-Alarcon, E. Camps, E. Haro-Poniatowski, M.

Villargon, C. Sanchez "Characterization of rear- and front-

side laser ablation plasmas for thin-film deposition

"Applied Surface 197-198(2002) 192-196

[4] Y Tao, M. S. Tillack, S. S. Harilal, K L Sequio, B O Shay

and F Najmabadi "Effect of shockwave-induced density

jump on laser plasma interactions in low-pressure ambient

air" J.Phys.D:apple.Phys.39(2006)4027-4030

[5] Jean-Francois Y. Gravel, Denis Boudreau "Study by

focused shadowgraphy of the effect of laser irradiance on

laser-induced plasma formation and ablation rate in

various gases" Department of Chemistry and Centre

d'optique, photonique et laser (COPL), Université Laval,

Québec City (PQ), Canada G1K 7P4, Spectrochimica Act Part B 64 (2009) 56–66

0

10

20

30

40

50

velocity-pressure in 10-20ns

velocity-pressure in 20-30 ns

0.80.60.40.2 10.10.01


pressure of interaction chamber (mbar)

sp

ee

d o

f p

lasm

a e

xp

an

sio

n (

*1

05) (

cm

/s)


1

ی شذ است. لاوگمیر اوذاز گیرب کمک تک کاي پلاسمای تلیذ شذ در میذان لیسری مقال حاضر، دمای الکترين ي چگالیدر –چکیذ

استفاد جامذ فلسیذف ي ns30 ي پىای زماوی nm 1064 با طل مج Qسئیچ Nd:YAGاز برمکىش پرت لیسر برای تشکیل پلاسما

ب کمک سیگىال بذست استفاد شذ است.در یک پشش عایق برای کاي لاوگمیر mm35/0. از چىذیه سزن استیل با قطر شذ است

آمذ از جریان الکتريوی يمىحىی مشخص جریان بر حسب يلتاش کاي، دمای الکترين در فاصل شعاعی گواگن از راستای اوتشار پرت

3 ي چگالی ین در جریان اشباع یوی eV 20 - 7 لیسر در گسترcm-1015×1/2 برآيرد شذ است.

كا لاگويز – خزیاى الکتزی -ليشری یپلاعوا -كليذ اص

PACS - 0020-020كذ

Measurement of laser induced plasma electron temperature and ion density

by using Langmuir probe

Shahverdi, Fereshteh 1; Morshedian, Nader2; Farahbod, Amir Hossein2; Mohamadi Zahrasadat3

1Physics Department of Azad University, Tehran-Markaz

2Research institute of nuclear science and technology, School of Laser and Optic, Tehran-Iran

3Physics Department of Imam-Khomeini, Qazvin University

Abstract- In this paper, the electron temperature and ion density of laser- produced plasma have been measured

by using single Langmuir probe. The plasma produced due to interaction of a focused beam of a 30 ns Q-

switched Nd: YAG laser with a solid target. Several stainless steel rods with 0.35 mm diameter have been used

as Langmuir probe. By using the current-voltage characteristics curve of probe, the value of electron temperature

at different radial distance from the laser beam propagation direction is in the range of 7-20 eV. The ion density

at the time of maximum amplitude of ion current estimated about 2.1× 1015 cm-3.

Keywords: Laser Induced Plasma, electron current, Langmuir probe

PACS No: 020-0020

يچگالی پلاسمای لیسری با استفاد ازکاي لاوگمیر ی الکترينگیری دما اوذاز

1فزؽت ؽاردی، 3، سزاالغادات هحوذی2،اهيز حغيي فزبذ 2ادر هزؽذیاى

احذ تزاى هزكش -گز فيشیک داؾگا آساد 1

ليشر اپتيک پضؾکذ-پضؾگا ػلم فى غت ای 2

بيي الولی اهام خويی قشیيز فيشیک داؾگا گ.3

، داؾگا عيغتاى بلچغتاى1391بوي 5تا 3

مقذم -1

یابی پلاعوای اؽی اس بزن كؼ ليشر با بزای هؾخص

تؾخيصی هختلفی هی تاى اعتفاد هاد، اس رػ ای

رػ ای تؾخيصی اپتيکی، الکتزیکی كزد. ایي

اطلاػات هی باؽذ ك ز یک هی تاذهغاطيغی

ارسؽوذی را در هرد رفتار سهای فضائی پلاعوا ارائ

پتيکی ظيز تذاخل عدی عای گاری دذ. رػ ای ا

ای [. در عال1]اعت در ایي سهي، بيؾتز ب كار رفت

اخيز، پضؾگزاى اس رػ الکتزیکی ظيز كا لاگويز ب

ؽاعایی پلاعوای ليشری ػاى ابشار عاد قذرتوذ بزای

در رػ عای گاری با اذاس ]. 23[اذكزداعتفاد

زیب ؽکغت یا عزػت اتؾار اهاج گيزی گزادیاى ض

تاى چگالی الکتزی دهای پلاعوا ضزب، ب تزتيب هی

لاگويز با اػوال لتاص كادر تکيک . ]4[را هحاعب كزد

خزیاى اؽباع الکتزی یی رعيذى ب كابایاط ب

.]5-7 [تاى ب چگالی دهای پلاعوا دعت یافت هی

بزای اس كاربزد كا لاگويز حاصلدرهقال حاضز، تایح

اس بزخرد باریک اؽیاذاس گيزی دهای الکتزى چگالی

گيزد.قزار هی ر با ذف فلش ارائ هرد بزرعیليش

شرح آزمایش -2

( هرد 1بزای ادام آسهایؼ، آرایؼ تدزبی هطابق ؽکل )

Qاعتفاد قزار گزفت ك ؽاهل یک عاگز ليشر عئيچ

باؽذ. پزت خزخی عاتی هتز هی 110یذگز با طل تؾذ

هيلی هتز 9ایي عاگز استقیت كذ ای ب قطز

هيلی صل ارد 110گذرد پظ اس تقیت با ازصی هی

ب فاصل Lهحفظ بزن كؼ ؽذ با ػبر اس ػذعی

عاتی هتز بز ری ذفی اس خظ اعتيل ب 5/7كای

ؽد. اس باریک یک ليشرهی هتز هتوزكشهيلی 3ضخاهت

He-Ne بزای تظين عيغتن ری اعتفاد ؽذ اعت. اس

هيلی هتز ك در 35/0چذیي عسى اعتيل ب ضخاهت

هيلی هتز غبت ب ن 3یک آرایؼ ؽا ای در فاصل

قزارگزفت اذ ب ػاى كا لاگويز اعتفاد ؽذ اعت.

تزاس ذف قزار گزفت هيلی ه 2شدیک تزیي كا در فاصل

اعت. كا ا اس طزیق اتصال فيذتز ب یک هذار

الکتزیکی ك در بيزى هحفظ بزن كؼ قزار دارد

هتصل ؽذ اذ. اس یک هبغ تغذی بزای اػوال لتاص یک

اعيلعکپ عزیغ دیديتال بزای هؾاذ عيگال ای

ب الکتزیکی و رفتار سهای تپ ليشر بز ن كؼ

وزا فتداید اعتفاد ؽذ اعت. در هذار هرد ظز اس

كيل اوی بزای هحاعب خزیاى هطابق 10ای هقاهت

ای ؽذ اعت. اذاس گيزی ا درفؾار ( اعتفاد1با ؽکل)

هيلی بار ادام ؽذ 5×10-5تا حذد 1000هختلف اس

اعت. فؾار داخل هحفط ب كوک پوپ چزخؾی ترب

1010ؽذت ليشر هيلی بار كاؼ داد. 10-5لار تا هلک×5

هيلی 110 ات بز عاتی هتز هزبغ، ازصی ز پالظ ليشر

اثاي اعت. 30صل پای سهای تپ ليشر

آرایؼ تدزبی هرد اعتفاد ؽذ بزای اذاس گيزی دهای -1ؽکل

الکتزی پلاعوا ب رػ كا لاگويز

اتحلیل داد -3

تاى + لت هی50تا -50اػوال لتاص بایاط در گغتز با

ودار را ب صرت تابؼی اس سهاى ثبت، عپظ كاخزیاى

ود. ؽکل رعن (I-V)هحی كا خزیاى بز حغب لتاص

4دریافت ؽذ در سهاى ( و ای اس خزیاى 3( )2)

هيکز ثاي را ب تزتيب بزای بایاط هفی بایاط هثبت،

دذ. بشرگی خزیاى كوک اعيلعکپ ؾاى هی ب

سدويي كفزاظ اپتيک فتيک ایزاى ب وزا پدويي كفزاظ هذعی فتيک ایزاى

3

الکتزى بيؾتزاس یى اعت وچيي عزیغ تز با لتاص

( را I-V( هحی هؾخص )4كذ. ؽکل)هی بایاط تغييز

( غبت هيليوتز2زای كا ای ك در شدیکتزیي فاصل )ب

دذ. در بيؾتزیي لتاص بایاط ب پلاعوا قزار دارد ؾاى هی

در .رعذالکتزى ا دفغ خزیاى یی ب اؽباع هی هفی

تاى چگالی الکتزى ( هی1ایي صرت با اعتفاد اس رابط )

زیاى خ Ii(sat) هغاحت كا، Aدر ایي رابط را بذعت آرد.

( 2عز ػت یى اعت ك طبق رابط ) vi ییاؽباع

آیذ.بذعت هی

(1 ) Ii (sat) = ni eAvi

(2 )vi = d/t

سهای ك بيؾتزیي tپلاعوا اس كا فاصل d( 2در رابط )

با اػوال بيؾتز لتاص بایاط .رعذیى ا ب عطح كا هی

زى ا خزیاى الکتكا لاگويز، یى ا دفغ هثبت ب

یابذ. اس آدایيک چگالی پلاعوا در احي اذاس افشایؼ هی

گيزی هحذد اعت، در لتاصای بيؾتز ایي خزیاى ب

رعذ. خزیاى اذاس گيزی ؽذ طبق تسیغ اؽباع هی

آیذ.( بذعت هی3هاكغل بزای الکتزى ا اس رابط )

(3 ) Ie = Ie (sat) exp(-eVp/ kTe)

خزیاى اؽباع Ie (sat)، الکتزى دهایTe رابط ك در ایي

تاى با پتاغيل پلاعوا اعت. ایي دها را هیVp الکتزى

رعن هحی لگاریتوی خزیاى بز حغب لتاص كا هحا

دذ. در ( ایي هحی را ؾاى هی5ؽکل ) عب كزد،

فاصلدر یىالکتزى چگالی یآسهایؼ حاضز دها

گيزی ؽذ هيلی بار اذاس 5×10-5هختلف در فؾار

اس فاصل ؽؼاػی گاگىاعت. هقذاردهای الکتزى در

الکتزى لت 7-20در گغتز راعتای اتؾار پزت ليشر

بزآرد ؽذ اعت.

و ای اسخزیاى الکتزى ب صرت تابؼی اس سهاى بزای -2ؽکل

لت 50ذف در لتاص بایاط هيلی تز اس 2كا در فاصل

2ب صرت تابؼی اس سهاى بزای كا در فاصل -خزیاى یى -3ؽکل

لت 50هيليوتز اس ذف در لتاص بایاط

-30 0 30

-0.2

0.0

0.2

0.4

I(mA)

v(volts)

D

C

I-V curve

pin1 (2mm)

ودار خزیاى بز حغب لتاص كا -4ؽکل

، داؾگا عيغتاى بلچغتاى1391بوي 5تا 3

4

0 20 40 60-4.0

-3.2

-2.4

-1.6

ln(I)

V(volt)

صهحی لگاریتوی خزیاى بز حغب لتا -5ؽکل

0 3 6 9 12 15 189

12

15

18

21

24

Tem

pera

ture(e

V)

Distance(mm)

ودار دهای الکتزى بز حغب فاصل كا اس راعتای اتؾار -6ؽکل

باریک ليشر

0 3 6 9 12 15 18-1

0

1

2

3

4

5

(io

n d

en

sit

y*

10

15cm

-3))

distance(mm)

ودارچگالی یى بز حغب فاصل كا اس راعتای -7ؽکل

اتؾارباریک ليشر

( ؾاى داد 6ودار خزیاى بز حغب فاصل در ؽکل )

ایي ودار ؾاى هی دذ دهای الکتزى با در ؽذ اعت.

3ؽذى اس پلاعوا كاؼ هی یابذ. چگالی یى اس هزتب cm-

هيکز ثاي هحاعب ؽذ اعت. ودار 4سهاىدر 1/2×1015

( رعن ؽذ اعت. داد 7چگالی بز حغب فاصل در ؽکل)

چگالی اى هی دذ با در ؽذى اس پلاعواای تدزبی ؾ

.بذیايش كاؼ هی

گیری وتیج -4

در ایي آسهایؼ دهای الکتزى چگالی یى بزای پلاعوای

1010اؽی اس بزن كؼ تپ باریک ليشر با ؽذت ات 5×

بز عاتی هتز هزبغ ب رػ كا لاگويز اذاس گيزی ؽذ

اعت. تایح بذعت آهذ با هقادیز هحاعب ؽذ ب رػ

دذ دهای هیاى عاسگاری دارد. تایح ؾ ]8[عای گاری

الکتزى چگالی یى با در ؽذى اس پلاعوا كاؼ

.یابذهی

مراجع

[1] I. H. Hutchinson, “principle of Plasma diagnostics”,

Cambridge university press publish (1987).

[2] A. H. Dogar, Ilays, S. Ullah, A. Nadeem, and A.

Qayyum, Langmuir Probe Measurements of Nd-YAG

laser Produce Copper PLASMAS, 39, 3 (2011).

[3] S. Kumari, A. Kushwaha and A. Khar e ,Laser and

Photonics Lab, Department of Physics, Indian Institute

of Technology Guwahati, -781039, India (2003).

[4] J. G. Lunney, B. Doggett and Y. Kaufman, Langmuir

probes diagnosis of laser ablation plasmas, J. Phys.

Conf. Ser. 59 470, (2007).

[5] Brendan Dogget and James G. Lunny school of physics,

Trinity College, Dublin2, Ireland (2009).

[6] R.J Goldstone and P.H Rutherford, Introduction to

Plasmas physics (Institute of physics, Bristol).

[7] D. W. Koopmam, Phys.Fluids14, 1707.

يک ایزاى، ليلا اصفای، تدذويي كفزاظ اپتيک ف [8]

1390بوي 20تا 18ادر هزؽذیاى، اهيز حغيي فزبذ،

.داؾگا تبزیش

1

ی گستشدس ای گسست سيش تقشیة دي قطثیتا استفاد اص سيی -خاص وسی واورسات فشیت ویکل شثی ساصیدس ایه تحقیق

شثی ساصی رسات تا اوذاص ا ي شکل ای ىذسی مختلف ل اص وتایج حاص .ض مسد تشسسی قشاس گشفت استتشاگیگ 22تا 2فشکاوسی

داسای ت تضسگ کشيیداسای کمتشیه شذت پشاکىذگی ي واورسا ،ک مثلثی شکلواورسات کچی فشکاوسی گستش ایه دسدىذ ک وشان می

جزب ي مقطع تیشتش شذن سطح مىجش تل فشایىذ ت م پیست شذن واورسات کشيی مچىیه کىتش ،تیشتشیه شذت جزتی ستىذ

.گشدد می واورسات کشيی پشاکىذگی

-يکلی فشكاسی هایکشی، ارسات فشیت گستشپشاكذگی، سطح هقطع جزب، ای گسست تاثيش اذاص ضکل، سش تقشیة دقطثی :كليذ اط

.سی

PACS – 290.0290كذ

Investigation of absorption and scattering properties of Ni0.5Zn0.5Fe2o4 Nano

particles by variation of shape and size in microwave frequency range

Seyyed mostafa mirhoseini sarejam1,2, Ali Kazempour1, Naser Hatefi-Kargan2

1- Department of Physics, University of Payame Noor, P. O. Box: 119395-3697, Tehran, Iran.

2- Department of Physics, Faculty of Science, University of Sistan and Baluchestan, P. O. Box: 98135-

674, Zahedan, Iran.

In this research, based on a discrete dipole approximation, we theoretically studied the optical properties of Ni0.5Zn0.5Fe2o4 nanoparticles in 2 to 12 GHz frequency range whit different geometrical shapes. Calculated results show that small triangular

nanoparticles in this range have the lowest scattering efficiency and also large spherical particles are the most strongly

absorbing geometry. Controlling the process of aggregation of Nano spherical particles, results in increase of absorption and

scattering cross section.

Keyword: Effect of Size and Shape, Absorption and Scattering Cross Section, Discrete Dipole Approximation (DDA), Microwaves

Frequency Range, Ni Zn Ferrite Nanoparticles.

PACS No: 290.0290

دز شکل و انداشه ی ىا مولفو با تغییس Ni0.5Zn0.5Fe2o4نانوذزات جرب و پساکندگیبسزسی خواص

یوومایکسو ی فسکانسی گستسه

.2، سيذهحسي ایضدیاس2، اصش اتفی كشگاى1پس ، علی كاظن2 ,1سيذ هصطفی هيشحسيی سشجوع

، تشاى، ایشاى119395-3697پيام س، كذپستی گش فيضیک، داطگا -1

، صاذاى، ایشاى98135-674علم، داطگا سيستاى تلچستاى، كذپستی گش فيضیک، داطکذ -2


2

مقذم -2

ای دقطثی ساستای چش فشكاسی هایکشی ی دس گستش

تش سشیع تاتطیلکتشهغاطيسی هاد تحت تغييشات هيذاى ا

تشایي كذ، داسای قذست جزب تيطتشی است، تا تغييش

سی یکی اص تتشیي -شم هاذ فشیت يکل ای فشیت

[. 2 1ای هایکشیی ستذ] ا ت هظس جارب گضی

ارسات اص كذ دی دی ایي ت هظس تشسسی خاظ سی

سش تقشیة ی تشپایك ( DDSCAT7.2) اسکت

3]استفاد ضذ است ( استDDAت )ای گسس دقطثی

ت صستضاى تقاسى دليل ارسات ت[. دس ایي تحقيق 4

تایج تجشتیتا تج ت . اذ دتعذی دس ظش گشفت ضذ

كسی اذاص رسات تعذ اص دهای هطاذ ضذ است ك

ی اص اذاص ایي تشسسی تاتشایي دساهتش است، 44دسحذد

.گشدیذ است اهتش آغاص 42

ای گسست سيش تقشیة ديقطثی -2

ثاتت ضثک الکتشیک تاتع دی هسد ياصای سدی هلف

[ 9 8، 7، 6]ذهقالات تجشتی تذست آهذ ا اصك [ 5]است

ذ است، سش هایکشی دس ظش گشفت ض گستش فشكاسی

ت ( 1ت استفاد اص فشهل ) ك ح استتذیي كاس ایي

:ضد تذست آسد هی ای تشداس قطثص چشخ صست

(1)

هيذاى الکتشیکی هعلم تعذی اص تشداس 3Nهاتشیس

ذی اص هاتشیس تع 3Nهاتشیس هختلط تاتطی است،

هختلط هاتشیس هختلط هجل قطثص

هحاسث لکتشیک ا است ك تا دس اختياس داضتي تاتع دی

اتتذا تشداس دس ،سش حل ای تدى چشخ تا تج ت .گشدد هی

ت تثد دس اداه ضذفشض ت صست قطثص

تا صهای ك هقذاس ضد پشداخت هی هقذاس تخويی تشای

، هعولا تشای تش اص هيضاى خطایی هسد ظش تاضذتخويی كو

دس ظش ی قذاس خطایی فشضی اص هشتثه ایي و

هقذاس ،ی هقذاس تشداس قطثص . پس اص هحاسثضد گشفت هی

هقطع پشاكذگی ، سطح سطح هقطع جزب

ذ:گشد ذیي گ هحاسث هیت سطح هقطع خاهضی

(2)

تو تشتيوة Escat Hscatت، عذد هو اسو

Einc Hincهيذاى الکتشیکی هغاطيسی پشاكذ ضذ،

ضوذت وس Iincهيذاى الکتشیکی هغاطيسی فوشدی

تو ایوت خشجوی هوسد ظوش هوا دس[. 14فشدی اسوت]

هحاسووث كوو توو طشیووق صیووشصووست عاهوول توواصد اسووت

[:5گشدد] هی

تاصد جزب: عاهل (3)

عاهل تاصد پشاكذگی:

:عاهل تاصد خاهضی

تایج تحث

طيف جزتی ارسات كشی ضکل تا تغييش اذاص. 1ضکل.

62، 52، 42ای طيف جزتی ارسات تا اذاص 1ضکل.دس

گيگاشتض هسد 12تا 2فشكاسی دس گستش اهتش 72

د ك تا افضایص ض تشسسی قشاس گشفت است، هطاذ هی

كذ ضایص پيذا هیسطح هقطع جزب يض اف اذاص ارسات

دستيجا دس و افضایص تعذاد دقطثی ك ایي ت علت

افضایص تشوکص تا ه تاتطی است، اثش افضایص اذاص اص

ی ضد، قل يگاشتض ت تعذ وایاى هیگ 4حذد فشكاس

ای جزتی تا افضایص اذاص ارسات ت سوت فشكاس

ارسات كشی ت دليل ضکل خد ذ.ض تش جاتجا هی پایيي

ذ دس تيج ال دیگش داسای تيطتشیي تقاسدس هقایس تا اضک

وایاى تشی ا ت صست ضعيف ا دس آى اثشات چذقطثی

عثاست دیگش دس ایي ارسات ت دليل ثدى لث، ، ت ضد هی

.ضذ هطاذ هی كوتش آثاس تذاخلی

صدويي كفشاس اپتيک فتيک ایشاى ت وشا پجويي كفشاس هذسی فتيک ایشاى

3

اهتشی تا تغييش ضکل. 72طيف جزتی رسات 2ضکل.

ضکل تا هلف طيف جزتی رسات تحت تغييش 2دس ضکل.

12تا 2فشكاسی اهتش دس گستش 72 ثاتت ی اذاص

ت است، واى طس ك قشاس گشفگيگاشتض هسد تشسسی

اثشات گيگاشتض 5تا 2ای دس فشكاس ضد هطاذ هی

هثلث داسای ، دس ایي گستش اذ ضذ وایاى ا چذ قطثی

كش داسای كوتشیي ضذت جزب است دس تيطتشیي

ا هجة كاص گيگاشتض اثشات لث 12تا 5ای فشكاس

شیي تقاسى ك داس ضذ كش تا تيطت ضذت جزب اضکال لث

ی ای ذاسد، تالاتشیي ضذت جزتی سا دس ایي گستش لث

ی فشكاسی ستشگ ایي فشكاسی داسا است. دس كل دس

ی كشی ضکل ضذت جزب چذیي تشاتشی سثت ت ارس

است ك تا افضایص ای دیگش داسد ایي تذیي دليل ضکل

تشوکص ا يض افضایص پيذا كشد اذاص، تعذاد دقطثی

ی كشی ، وچيي ارسضد رس يض تيطتش هیاس تا

س تذاخلی كوتش آثالث ذاسد داسای تالاتشیي تقاسى است

دسحالی ك رسات دیگش داسای لث ضد دس آى ظاش هی

یشاگشذ.تذاخل ضذیذتش ستذ ت هجة آى ضاذ آثاس

تشیي ، هاسةضذ ای تشسسی ا اذاس ضکلتا تج ت

72اذاص ضکل اص دیذ جزتی، ارسسات كشی تا اذاص

اهتش ستذ.

اهتشی 72 كشی تاصد جزب طت ارس 3-دس ضکل

ارس كشی تک ی جزب اذ تا تاصد ك ت ن پيست ضذ

پایيي دس اهتشی هسد تشسسی هقایس گشدیذ است. 72

ی ایي د داد آسد ضذ است، وداس وثستگ ایي ضکل

وداس است. د دادایي تياگش هيضاى اتستگی تغييشات ك

ی ت ی كشی طت رس تشسسی هيضاى وثستگی تيي رس 3ضکل.

اهتش. 72ی ن پيست دس اذاص

ك دس ایي هطلة است وثستگی طاى دذ

ی غييشات طيف جزتی طت ارست تش پایييای فشكاس

ی كشی هطاتقت ت ن پيست تا طيف جزتی ارس

دیذ ای تالاتش ایي تطاتق كوتش تالایی داسد، دس فشكاس

تيج دس ضد لی ص تان اتستگی ختی داسذ، هی

ی دس گستش تالاتشجزتی ضذتایي ك ت هظس داضتي

ی كشی ت ن طت ارسگيگاشتض، 12تا 2فشكاسی

شی ك هسد تشسسی ای دیگ پيست دس هقایس تا حالت

داسای تيطتشیي ضذت جزتی است قشاس گشفت است

. دداسجارب هایکشیی تشیي حالت سا اص دیذ هطلب

دیذگا ت دثال تشسسی اصا جزب پس اص تشسسی اص دیذگ

ضد ك هیهطاذ 4.تج ت ضکلتا پشاكذگی ستين.

اهتشی كوتشیي هقذاس 42ارسات هثلثی، ارس دس

.داسدا پشاكذگی سا سثت ت دیگش اذاص

طيف پشاكذگی ارسات هثلثی ضکل تا تغييش اذاص. 4ضکل.


4

اهتشی تا تغييش ضکل. 42طيف پشاكذگی رسات 5ضکل.

اهتش 42ت گاهی ك اذاص راص 5تا تج ت ضکل.

12تا 2ی فشكاسی دس گستش ك ضد هطاذ هی است

ای دس هقاسي تا ضکل ضکل هثلثی ارساتگيگاشتض،

دیگش داسای كوتشیي هيضاى پشاكذگی ستذ، وچيي تا

تج ت اختلاف صیاد هياى ضذت پشاكذگی ارسات

اهتشی، 42اهتشی تا ارسات هثلثی 42كشی

ضد ك ارسات كشی علا تش داسا تدى هطاذ هی

ی يضسطح هقطع جزب تالا، سطح هقطع پشاكذگی تالا

دس وچيي ،داسذ ضذ دس هقایس تا دیگش اضکال تشسسی

42رسات تيي ارسات هثلثی ضکل تشسسی ضذ،

سطح صیش وداس دس تيج كوتشیي داسای شی اهت

2ی فشكاسی شاكذگی دس گستشكوتشیي هيضاى ضذت پ

4ضکل ای تا تج تستذ، تاتشایي گيگاشتض 12تا

اهتشی 42 رسات هثلثی ضکلك ضد هطاذ هی 5

ی فشكاسی داسای كوتشیي هيضاى پشاكذگی دس گستش

ای اذاصا ضکلدیگش دس هقایس تا هایکشیی

است. تشسسی ضذ

گیشی وتیج -3

س هاسی ك ياص ت داضتي طيوف جوزتی هاسوثی دس د

گيگواشتض اسوت، تلفيوق 12توا 2ی فشكاسی كل گستش

ك ارسات توضس ی وارسات چک كن تقواسى تو اضواف

ی گسووتشایووي پشتقوواسى، طيووف جووزتی هاسووثی سا دس

هثلثیكچک تش ارسات دذ، ت تياى ساد هیفشكاسی

وای پوایيی دس فشكاس ا داسذ،ك كوتشیي تقاسى س ضکل

كوشی توضس تيطتشیي جزب سا داسا سوتذ وارسات

ای تالاتش داسای تيطتشیي جزب ستذ، دس فشكاس ضکل

دس كواس ون وارسات تاتشایي داضتي تشكيثی اص ایوي د

توا 2ی فشكاسوی هجش ت طيف جزتی هاسة دس گستش

تاى ت هظس افضایص وچيي هی ضد. گيگاشتض هی 12

توا حوشاست وارسات سا ایوي ، ارسات كشی ضذت جزب

توش كلسوي كوشدى تان تشكية كشد، ت تياى سواد دادى

كتشل ضذ ارسات كشی هجش ت افضایص ضذت جوزتی

شچ وارسات كوچکتش اص دیذگا پشاكذگی گشدد. هی

اسوذ دس ضوذت پشاكوذگی كوتوشی د تش تاضذ كن تقاسى

اس داضووتي حووذاقل ضووذت دس اختيووهوواسدی كوو يوواص توو

ش هاوذ رسات ت ارسات كچک كن تقاسى پشاكذگی است

ضوذ تشیي حالت سا ضاهل هی هطلب اهتشی 42هثلثی

72 دس تيج ارسات تضس پشتقاسى هاذ رسات كوشی

وواهتشی ضووذت پشاكووذگی تيطووتشی سووثت توو دیگووش

.ستذ اتشسسی ضذ سا داسای حالت

شاجعم

[1] Vollmer, M., Kreibig, U., Optical Properties of Metal

Clusters, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 1995.

[2] Mie and Beyond, Optical Properties of Nanoparticle

Systems, Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA, Boschstr,

Weinheim, Germany. 2011.

[3] Lecler, S., Light scattering by sub-micrometric particles,

PHD Thesis, University of Strasbourg, 2005.

[4] Trügler,A., Optical properties of metallic Nanoparticles,

PHD Thesis, University of Graz, 2011.

[5] Peng, Ch.H., Hwang, Ch.Ch., Wan, J., Tsai, J.Sh., Chen,

S.U., Microwave-absorbing characteristics for the

composites of thermal-plastic polyurethane (TPU)-bonded

Ni Zn-ferrites prepared by combustion synthesis method,

Journal of Materials Science and Engineering, B 117,

pp. 27–36, 2005.

[6] Draine, B.T., Flatau, P.J., User Guide for the Discrete

Dipole Approximation Code DDSCAT 7.2, 2012.

[7] Amiri, Gh.R., Yousefi, M. H., Aboulhassani, M.R.,

Keshavarz, M.H., Radar Absorption Of Ni0.7Zn0.3Fe2O4

Nanoparticles, Journal of Nano materials and Bio

structures. Vol. 5, No 3, pp. 719 – 725, July-September

2010.

[8] Lima, U.R., Nasar, M.C., Nasar, R.S., Rezende, M.C.,

Arau´ jo, J.H., Ni–Zn Nano ferrite for radar-absorbing

material, Journal of Magnetism and Magnetic

Materials 320, pp. 1666–1670, 2008.

[9] Hwang, Y., Microwave absorbing properties of NiZn-

ferrite synthesized from waste iron oxide catalyst, Journal

of Materials Letters 60, pp. 3277–3280, 2006.

[10] Bohren, C.F., Huffman, D.R., Absorption and Scattering

of Light by Small Particles, John Wiley & Sons, Canada.

2010.

1

رادى ای اتوغفزی درحضر هظ فلشی ذف خغط ؾزی هؾخص –چکیذ عتظ قیتشر تا اعتفاد اس رػ عیف عدي فزؽکغت اقااؽتذ ت

Q-SW Nd:YAG تا رادىهخلتط ای عتش ؽتذ در ای ا هؤقف ی فلشیا خغط گغیل گ رعي ؽذ.دریک هحفظ کتزل ؽذ تز + )

تای هؾتات درهحتیظ تای سیزاتوغتفز تی، عیف اذ. ت هظر تؼییي فؾار یافت هرد دم قیا افشایؼ در ؾاى داد ؽد تزرعي قزارگزف تا هرد

تذع آرد ؽذ.

ي فزؽکغ اقاایي قیشری، رادى، عیف ؾزی هؾخصعد عیف -کلیذ اص

PACS – 0020-020 ،0140-140 ،0300-300کذ

Characteristic emission enhancement during laser induced breakdown

spectroscopy using the Rn trace in the atmosphere

M.M.Hashemi1, P.PArvin2, S.Z.Mortazavi2, A.Reyhani3 and A.Moosakhani2

1Physic Department, Doctorate Technical Center of PNU, Tehran 2Physic Department, Amirkabir University of technology, Tehran

3Physic Department, I.K.I University, Qazvin

Several characteristic emission lines due to the Cu metal target and the atmospheric air were investigated in the presence

of radon trace using Q-SW Nd:YAG laser induced plasma within the control chamber. The emission lines of metal species

and air components in the synthetic air and the (Rn+air) were investigated to show that the latter were strongly enhanced.

Similar spectra were taken in sub-atmospheric environments in order to determine the optimum pressure.

Keywords: Laser Induced Breakdown Spectroscopy, Radon, Characteristic Emission Spectra

PACS No: 020-0020, 140-0140, 300-0300

استفاده از ليسری با القايي طيف سنجي فروضكست در مطخصههای دامنه قلهافسايص

دراتمسفررادون گاز

2خاي ػلیزضا هعي 3، ػلي ریحاي2، عیذ سزا هزتضی2پزیش پزیي، 1هحوذ هغؼد اؽوي

گز فیشیک، هزکش تحصیلات تکویلي داؾگا پیام ر، تزاى1 ای فیشیک، داؾگا اهیزکثیز، تزاى داؾکذ هذعي غت2 اقوللي اهام خویي، قشیي گز فیشیک، داؾکذ ػلم، داؾگا تیي3

، داؾگا عیغتاى تلچغتاى1391توي 5تا 3

2

مقذمه -1

ؽذت خثي غتذ هؼولا آدا ک گاسای دیة ت اس

آیذ، یچ اثز ؽیویایي یا حغاب وي ت کذ یشآقد

ایي هضع هغتثاع . سیغ ؽاختي ذارذ. رادى اس

اع ، ى یک گاس پزتسا، تي رگ، تي ت تذى عؼن راد

ا تریم ی اپاؽي ارایم ی تغر عثیؼي اؽي اس سدیز

یم یک ػصز اار کای ، ؽاخصي تزای هؼذى]1[

تاتزایي ؛تاؽذ هفیذ تزای پیؼ تیي سهیي قزس هي

آؽکارعاسی رادى تغیار هرد تخ اع .

گیزی آری اذاس ای تزای خوغ ای غت تکیک

Rnتاى ت د رػ فؼال غیزفؼال را هي در ا 222

ای ای فؼال، تزخلاف رػ تاغین ود. در رػ

آری غیزفؼال، یاس ت پوپ یا تاى اقکتزیکي تزای خوغ

-Electric رػ فؼال هاذتاؽذ. و هي

Integrating-Device ای گیزی تزای اذاس هؼولا

ای غیز فؼال ؽد. رػ کتا هذت رادى تکار تزد هي

غال چب، آؽکارعاس سای غتهاذ آؽکارعاس ردپای

تزای عدؼ اتاقک یي اقکتزیکي فؼال ؽذ

.]2[ ؽذ دي رادى در سهاى علاي تکار تزد هي تاتؼ

(LIBS عدي فزؽکغ اقاایي قیشری عیف تکیک

آاقیش ػصزی هاد دارد. تغرکلي، عیؼي در کارتزد

یاسی ت LIBSتزخلاف رؽای عیف عدي دیگز،

( µg1ارد هاذارکوي هاد حذد عاسی و ذ آهاد

عزیق فیثزری اس تاذ اس تزای آاقیش کافي اع . آاقیش هي

گیزی در ک اهکاى اذاس هحل ادام ؽد را در یا در

.]3[ دذ هي را فؾارای هختلف ای خغزاک تا هحیظ

آزمايصروش -2

ؾاى داد ؽذ، چیذهاى آسهتایؼ 1واغر ک درؽکل

، عایل ری اتاتال (IR ؾو وذط فزعزخ ؽاهل چ

کاي کذ، آؽکارعاس، عیف عح، پزداسؽتگز، دذ

تاؽتذ. قیتشر عیغتتن ختو تشریتق گتاس هتي فؾارعح

Nd:YAG Q-SW اتزصی پاقغتي ، تتا mJ100 پتای ،

تؼاى چؾو وتذط Hz5 زخ تکزار ns10 يپاقغ

هیکز پلاعوا در گتاس تزای ایداد nm 1064درعل هج

چؾتو رادى ؽتاهل اتاقک کتزل ت کارتزد ؽتذ. خلدا

خاک داختل یتک هحفظت تغتت ت صرترادیم خؾک

رادى، اتاقک تتا . ت هظر پز کزدى اتاقک کتزل تااع

تخلی گزدیذ، عپظ اختاس mbar 3-10پوپ چزخؾي تا

داخل ت خداد ؽذ ای اتوغفزی دارای رادى تا فؾار

اتاقک خزیاى یاتذ.

تتز اس خت ای هتفتات پتاییي هحیظ ای گغیل در عیف

فؾارعح دیدیتال تا دق تذع آهذ فؾار تا اعتفاد اس

mbar گیزی تذریدا اس فؾتار ( اذاسmbar 1تالا دق

ای تا عغح خو کاؼ داد ؽذ. در ز فؾار گغیل 870

عیتف عتح تت دعت آرد ؽتتذ. ؾتزی تتا اعتتفاد اس

AvaSoftاعتفاد اسزم افشار ؽاعایي خغط هؾخص تا

ادام ؽذ. Avantesهزتط ت عیف عح 7.6

نتايج و مباحث -3

طيف گسيل -3-1

تای فلتشی داختل اتاقتک اعتفاد اس تذف اتاریک قیشر ت

ازصی قیشرکوتتزی ادتام ؽکغ تا تا کتزل هتوزکش ؽذ

تیؾتتز تحزک اقکتزى تا لشات چگاقي ف در سیزا ؽد

ای گغیل 3 2ای ؽکل کن اع . آگ کذگي غثتا

+تا( رادى هحیغتای در هظ ا تزای را هؾخص

ذ. د ؾاى هي ا

: تؾذیذ پیکای هؾخص ا در حضر رادى.2ؽکل

هؾخصت فلتش تای گغتیل رادى در زثت تزای تزرعي ا LIBS: چیذهاى 1ؽکل

.اای هقف

سدویي کفزاظ اپتیک فتیک ایزاى ت وزا پدویي کفزاظ هذعي فتیک ایزاى

3

ؽد ؽتذتای گغتیل یتتزصى، غر ک هلاحظ هياو

در حضتتر رادى غتتث تتت ؽتتذتای هتتظاکغتتیضى

تغر قاتل تخي افتشایؼ یافتت اعت . گغیلؾاى در ا

تتز ی رادى ت تزاس پتاییي قتي اتوای عگیي تزاگیخت

گزدذ، ازصی ایي گذار اس عزیق تزاگیشػ تزختردی تزهي

تای هحتیظ یؼتي ػاصتز یتتزصى اکؾغاى ت هقکل

ؽد ایتي تاػتب تیؾتتز ؽتذى داد هي هظاکغیضى

خوؼی حاق ؽتذ در ایت آتا ی تای تزاگیختت

ای هتاظز خاذ ؽذ. ای قل هدز ت افشایؼ داه

پارامترهای پلاسما -3-2

ک حذاقل کذ هي ؽثی عاسی تأییذ تایح آسهایؾگاي

ثای، تؼادل هیکز 2-1اس تشرگتز ای تأخیز سهاى تزای

تازیة ختي تزای هذقغاسی (LTE)گزهایي هضؼي

ایي فزض قیا ایي حال، اػتثار اع . تا LIBSپلاعوای

ازصی قیشر، هذت پاقظ، گاس تغتگي ت پاراهتزایي هاذ

ای اقؼي دارد. گی هرد اعتفاد در آسهایؼ هحیظ

تزاعاط هؼیار LTEدر ز صرت ؽزط

McWhirter Ne≥1.6×10)یزتز هک12

T½ΔE

، ک 3

Ne(cm-3) ،چگاقي ػذدی اقکتزىT(K) پلاعوا، دهای

ΔE(eV)ازصی اع ک تزای آى ایي تشرگتزیي گذار

ی دهاای پلاعوا تا هحاعث ،ؽزط گ داؽت هي ؽد

.]4[ ؽد اقکتزى، تزرعي هي چگاقي

، دهای تزاگیشػ اقکتزي تعظ رػ LTEتا تازیة

ی تا چار خظ هؾخص ]5[ (1تزعین تقتشهي هؼادق

:قی هظ تذع آرد ؽذ

1) is

s

iij

ijE

kTn

TU

FLn

gA

ILn

1

)(

ت تزتیة ؽذت Iij ،,ns Aij ،Ei ،gi ،K Us(T)در ایدا

، غلظ Ei Ej ازصی تزاس تیي د تا گذار خظ هتاظز

گ حاق اتوي یا یي یک اس هظر sای گ

، ازصی گذارjت iحاق اس ػصزاع (، احتوال گذار

، ثات iتالایي هاری تزاس، سى آi حاق ازصی تالایي

Tدهای تزاگیشػ در sای تاتغ تاغین گ تقتشهي

. ]5[ تاؽذ هي

تای راد هحیظ در دهاای پلاعوا ؾتاى تا ى+تا(

ؽزایظ آسهایؾگاي هؾات، دهتای پلاعتوا ک در دذ هي

ى+ اس راد %( تیؾتتز 10 حتذد قاتل تخي تغر ا در

دهتای ي تید قاتل پیؼ تیي تد سیتزا تاؽذ. ای ا( هي

اقتغ، اع . در ازصی خثؾي اتااقي گواى پلاعوا

اتذاس غثي عثکتزػوذتا ت ػل خزم ای ا هقکل

حضر تزذ. تاتزایي ازصی ى پزهقکقای راد اس کچکتز،

اتتذکي کتتاؼ اتتزصی خثؾتتي اتاتتاقي را تتا ى درراد

دذ. هي

تعتتظ پتتي ؽتتذگي اعتتتارک يقي ػتتذدی اقکتزتتچگتتا

Stark broadening) اؽتي اسختظnm 3/742 گغتیل

کتتزدى اس ظتتز صتتزف خثتتي تؼیتتیي گزدیتتذ. تتتا یتتتزصى

چگتتاقي ػتتذدی اقکتتتزى اتغتتت تتت ،ؽتتذگي یتتي پتي

FWHM خغط پي ؽذگي اعتارکΔλS(nm) تعتظ

:]5[داد هي ؽد ( تصرت سیز2راتغ

2)

16102 e

s

NW

اقکتزتي یتا پتای تزخترد پتاراهتز W(nm) ایدا در

ؽذگي اعتارک اعت . ؽتکل خغتط غاقثتا تتا هاذار پي

اعتارک اؽي اثز ک ػوذتا اس Δλfitتسیغ قرتشی خاقص

پای ختظ اعتتارک قترتشی تاؽذ. هغثق هي ،ؽد هي

Δλs = (Δλfitتعظ 2-Δλins

Δλinsک تؼییي گزدیذ 1/2(2

1ختذل . گیزی ؽذ اهتز اذاس 4/0 خی تعظ لاهپ

دذ. پاراهتزای ت دع آهذ اس پلاعوا را ؾاى هي

: پاراهتزای ت دع آهذ تزای پلاعوا. 1خذل

پلاعوا ازصی ییشاعیى

(kj/mol)هظ K) Ne(cm-3)دها

Cu) 4/745 8648 1017×56/2رادى+ا

Cu) 4/745 9520 1017×36/5ا

: تؾذیذ پیکای هظ در حضر رادى.3ؽکل

، داؾگا عیغتاى تلچغتاى1391 توي 5تا 3

4

ی اتاقک تی فؾار-3-3

داد. تغییز عیغتن تشریق گاس تاى تا هي اتاقک را کل فؾار

تتا mbar874 فؾتارای هتفتات اس در تا گیتزی اتذاس

تز در اتختاب گزدیتذ Cuادام ؽذ. ذف ؽزایظ خو

4ؽتتکل گزدیتتذ. ری تتذف فلتتشی هتوزکتتش قیتتشر فؾتتار

324/515، 554/510را در Cuگغتتیل تتای عیتتف

ؾتاى را اتوغتفز تتزای فؾتارای سیتز تاهتز 82/521

دذ. هي

تت تا رادىتاى درحاقیک غث هي کل اتاقک را فؾار

هاذ تغییز داد. تزرعي تأثیز فؾار تز ؽذت گغیل ثات هي

دذ ک در فؾارای کتن، ؽتذت گغتیل عیفي ؾاى هي

یاتذ. ایتي تت ػلت افشایؼ هي، گاس افشایؼ فؾار عیفي تا

تت اع کت هدتز افشایؼ فؾار تا ا افشایؼ چگاقي گ

ؽد. افشایؼ خوؼی تزاسای تزاگیخت هي

(، ؽتذت mbar 100تتا 50یک فؾارهؼیي حذد اس تؼذ

حتتي افشایؼ فؾارگاس یکاخ هاذ یتا گغیل عیفي تا

غاقتة تزخردای غیزتاتؾيدر ایي حاق یاتذ. کاؼ هي

ؽتذ. تد تاػب کاؼ خوؼی تزاستای اقکتزتي هتي

تزخ فزایتذای تزختردی را کت در ، گتاس افشایؼ فؾتار

تت اتزصی تای تتالای تای آساد رعیذى اتزصی اقکتتزى

دتذ. افتشایؼ هتي کتذ ای یؾؾاى ؽزک هي آعتا

فزایذای یؼ در ازصیؾاى را تیؾتز ا تاتزایي، اقکتزى

اتلافتا دذ دع هي اس تای تزخردتای غیزتاتؾتي،

ؽد خلگیزی هي گغیل عیفي ایي فزایذا تید اس در

]6[.

حغتة فؾتار هؾتات ، تغییزات ؽذت تز4تاتخ ت ؽکل

غتذ، اها فؾتار آى ؽتذت تیؾتی رخ ای کت در تیت

تی در ایي حاق فؾار دذ، خاتدایي عیفي دارد. در هي

ت تزتیة حتذد اهتز 82/521 324/515 ،554/510

اقتتغ، تتتزای عتتل هیلتتي تتتار اعتت . در 100 80، 50

ای تشرگتز خاتدایي ت فؾارتالاتز رخ هي دذ. هج

ای تزاگیخت ت ػلت تز، خوؼی اتن عل هج کتا در

ازصی تالا کن تتد، درعتل هتج تزاسای تزاگیختگي تا

ای تزاگیخت ت ػل تزاستزاگیختگي تنتلذتز خوؼی ا

اعت . تت وتیي دقیتل، فؾتار کن ازصی، غتثتا تشرگتتز

عل در کذ ؽزع ت اف هي ا ؽذتای ک درآى تی

تاؽذ. هي ای تلذتز، تیؾتز هج

گيری نتيجه -4

5/0هؼادل kBq/m3 27 رادىغلظ ا در ایي آسهایؼ

ppq آغ کت تعتظ اس کوتز ای اتوغفزی تد در

LIBS ؽتتد. اهتتا رػ اپتیکتتي دیگتتزی آؽتتکار تتز یتتا

حضتر تا در ؽزایظ آسهایؾگاي هؾات آسهایؾات هکزر ها

ؾاى داد اع کت قلت Rnػاصز عگیي در ا هاذ

تای تا تغتر قاتتل ای هؾخص فلش ذف یش هقف

دذ. تظتز هتي تخي تای ؽذت ؾاى هي رعتذ کت

تزاگیخت تتا اتاتال اتزصی در تزخردتای هکتزر رادى

ای ا تاػب افشایؼ ای فلشی هقف اکؾغاى ت گ

ای هؾخص ؽذ اع . قاتل تخ داه

پتاییي وچتیي ، ػاصز گغیل ای قلای تؾذیذ ؽذت

آردى دهای پلاعوا چگاقي اقکتزي اثزاتي اع ک گاس

گذارد. ا هي رادى ری و

مراجع -5

[1] S. A. Copenhaver, et al., Retardation of 238U and 232Th decay

chain radionuclides in Long Island and Connecticut

aquifers, Geochimica et Cosmochimica Acta, 1993, 57,

597–603.

[2] WHO Handbook on Indoor Radon, A Public Health

Perspective, World Health Organization, 2009.

[3] P. Fichet, et al., Determination of Impurities in Uranium and

Plutonium Dioxides by Laser-Induced Breakdown

Spectroscopy, Applied Spectroscopy, 1999, 53, 1111-1117.

[4] P. Parvin et al., Simultaneous fluorescence and breakdown

spectroscopy of fresh and aging transformer oil immersed in

paper using ArF excimer laser, Optics and Lasers in

Engineering, 2012, 50, 1672-1676.

[5] S. Z. Shoursheini, et al., Dual-Laser-Beam-Induced

Breakdown Spectroscopy of Copper Using Simultaneous

Continuous Wave CO2 and Q-Switched Nd:YAG Lasers,

Applied Spectroscopy, 2009, 63, 423-429.

[6] M. Hanafi, et al, Study of Laser-Induced Breakdown

Spectroscopy of Gases, Radiation Physics and Chemistry,

57, 11-20, 2000..

82/521 324/515 ،554/510ای عیفي هتظ در ل: ق4ؽکل

ی سیزاتوغفزی.تزحغة فؾارا در حضر رادى اهتز

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/001670379390370C



http://www.sciencedirect.com.sci-hub.org/science/journal/00167037

javascript:searchAuthor('Fichet,%20P')

http://www.sciencedirect.com/science?_ob=RedirectURL&_method=outwardLink&_partnerName=27983&_origin=article&_zone=art_page&_linkType=scopusAuthorDocuments&_targetURL=http%3A%2F%2Fwww.scopus.com%2Fscopus%2Finward%2Fauthor.url%3FpartnerID%3D10%26rel%3D3.0.0%26sortField%3Dcited%26sortOrder%3Dasc%26author%3DParvin,%2520P.%26authorID%3D6603430250%26md5%3D9e12e891b8561fdc3b9165ed4baff902&_acct=C000055174&_version=1&_userid=1884617&md5=e606c1f63aaf29d1d4817e1b965cf080

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143816612001005



ˇˆ papers/19icop19.pdf[3] Mirzaei, A., et al., The Rise Time of Optical Fiber Sensors for Leak...

Documents

Transcript of ˇˆ papers/19icop19.pdf[3] Mirzaei, A., et al., The Rise Time of Optical Fiber Sensors for Leak...