Z-scan-tekniken är en mycket känslig och mångsidig metod som används för att mäta det olinjära brytningsindexet (N
2 ) och olinjär absorptionskoefficient (ß) av material. Det är en metod med en strål, vilket innebär att den bara kräver en enda laserstråle för att undersöka provet. Denna enkelhet står i kontrast till mer komplexa tekniker som kräver flera balkar.
Här är en uppdelning av hur det fungerar:
* Inställningen: Ett prov placeras i en tätt fokuserad Gaussisk laserstråle. Provet översätts sedan längs strålens förökningsriktning (z-axeln), därav namnet "Z-Scan". En detektor mäter den överförda ljusintensiteten som en funktion av provets position (Z).
* Mätningen: Nyckeln till Z-skanens känslighet ligger i hur det olinjära brytningsindexet och absorptionen påverkar strålens förökning.
* olinjär brytning (n 2 ): Ett material med ett olinjärt brytningsindex förändrar dess brytningsindex i proportion till intensiteten hos ljuset som passerar genom det. När provet rör sig genom fokus (högintensiv region) upplever strålen en linseffekt på grund av den intensitetsberoende brytningsindexförändringen. Detta resulterar i en karakteristisk normaliserad transmittanskurva med en topp följt av en dal (eller vice versa, beroende på tecknet på n 2 ). Separationen mellan toppen och dalen är direkt relaterad till Rayleigh -området för den fokuserade strålen. Storleken på toppen och dalen är direkt proportionell mot n 2 .
* olinjär absorption (ß): Icke-linjära absorptionsprocesser, såsom tvåfotonabsorption, ökar absorptionen av materialet när ljusets intensitet ökar. Detta resulterar i en normaliserad överföringskurva med ett dopp centrerat vid fokus. Djupet på detta dopp är relaterat till den olinjära absorptionskoefficienten (ß).
* Dataanalys: Den normaliserade transmittanskurvan är monterad på teoretiska modeller för att extrahera värdena på n 2 och β. Den specifika modellen beror på vilken typ av olinjäritet som mäts (t.ex. z-scan med stängd övning för n 2 , Öppen APERTURE Z-SCAN för ß, och kombinerade öppen och stängde bländare för båda).
Fördelar med Z-Scan-tekniken:
* enkelhet: Kräver bara en enda stråle och relativt enkel optisk installation.
* Känslighet: Mycket känslig för både olinjära brytningseffekter och absorberande effekter.
* mångsidighet: Tillämpligt på ett brett utbud av material och våglängder.
* Icke-förstörande: Generellt icke-förstörande för provet, särskilt när låga laserkrafter används.
Typer av Z-Scan:
* Open-Aperture Z-Scan: Mäter endast olinjär absorption. Hela överförda strålen uppsamlas av detektorn.
* STÄNGT APERTURE Z-SCAN: Mäter endast icke -linjär brytning. En liten öppning placeras framför detektorn och blockerar den yttre delen av strålen.
* Kombinerat öppet och slutt APERTURE Z-SCAN: Ger mätningar av både olinjär brytning och absorption samtidigt.
Sammanfattningsvis är Z-Scan-tekniken ett kraftfullt och allmänt använt verktyg för att karakterisera de icke-linjära optiska egenskaperna hos material, som erbjuder en relativt enkel men ändå mycket känslig metod för att bestämma nyckelparametrar såsom n 2 och β. Denna information är avgörande för applikationer inom områden som optisk begränsning, optisk switching och all-optisk signalbehandling.
