منابع پایان نامه ارشد با موضوع اندازه گیری و برانگیختگی

دانلود پایان نامه

قطبشپذیریهای مختلف را میتوان از همدیگر تفکیک کرد، زیرا سهم هر کدام مشخصهی خود را دارند. به عنوان مثال قطبشپذیری دو قطبی بستگی شدیدی به دما نشان میدهد در حالیکه دو سهم دیگر اساسا از دما مستقل هستند[32].
2-3-1 پیزوالکتریک
عبارت پیزوالکتریسیته مربوط به این واقعیت است که وقتی بر یک بلور کرنش اعمال گردد، یک میدان الکتریکی در دو سر ماده بلوری ایجاد میشود. در نتیجه یک اختلاف پتانسیل در دو سر نمونه ایجاد میشود، که با اندازه گیری آن میتوان میدان را اندازه گیری کرد. عکس این پدیده (اعمال یک میدان الکتریکی، ایجاد کرنش میکند) نیز مشاهده شده است.
اثر پیزوالکتریک بسیار کوچک است. اگر یک میدان الکتریکی به شدت kv/cm 1 بر یک بلور کوارتز اعمال گردد،کرنش آن از مرتبه 7-10خواهد بود. یعنی یک میلهی 1 سانتیمتری تغییر طولی در حدود nm1پیدا میکند. متقابلا کرنشهای کوچک میتوانند میدانهای الکتریکی خیلی بزرگ ایجاد کنند.
منشا میکروسکوپی پیزوالکتریسیته در جابهجایی بارهای یونی درون بلور نهفته است. در غیاب کرنش یک بلور، کرنش اعمال میشود. بارها جابهجا میشوند و در نتیجه، توزیع بار متقارن نبوده و یک قطبیدگی خالص به همراه یک میدان الکتریکی گسترش مییابد.این همان میدانی است که در اثر پیزوالکتریک عمل میکند.
یک ماده در صورتی پیزوالکتریک است که یاخته واحد آن مرکز تقارنی نداشته باشد. اگر مرکز تقارنی داشته باشد، حتی بعد از اعمال کرنش هم توزیع بار متقارن میماند و در نتیجه قطبش صفر خواهد بود. از 32 طبقه بلوری 20 تای آن نامتقارن مرکزی است. اینها کاندید مواد پیزوالکتریسیته هستند، ولی عدم تقارن وارونی برای وجود پیزوالکتریسیته کافی نیست و فقط تعداد بسیار کمی از مواد این پدیده را بروز میدهند که قویترین آنها به ترتیب نمک راشل ، KDP و کوارتز میباشد[32].
2-3-1 فروالکتریک
اغلب گفته میشود که پذیرفتند قطبش پذیری یونی به تغییرات دما حساس نیست. گرچه این در اکثر مواد درست است ولی نوعی از مواد هستند که از این قاعده پیروی نمیکنند. این مواد فروالکتریک نامیده میشوند.در این مواد ثابت دیالکتریک طبق رابطه کوری-وایس با دما تغییر میکند.
(2-1)
در این رابطه C ثابت کوری و دمای کوری و نیز ثابت و مستقل از دما میباشد. این رفتار در محدودهی دمایی اعتبار دارد. در محدودهی ماده به طور خودبهخودی قطبیده میشود. یعنی بدون اعمال میدان الکتریکی، قطبیدگی الکتریکی گسترش مییابد. در دمای یک گذار فاز اتفاق میافتد. درپایین دمای گذار مواد فروالکتریک در فاز (قطبی) پیروالکتریک میباشند، یعنی در قطبش خود به خودی ممکن است از طریق تفاوت دمایی اتفاق بیافتد. در بالای دمای گذار، مواد فروالکتریک در فاز (غیرقطبی) پاراالکتریک میباشند که در آن خاصیت فروالکتریک به دلیل تحرک گرمایی ظاهر نمیشود که در آن دوقطبیهای اولیه در یاختههای واحد مختلف به طور کاتورهای جهتگیری شدهاند. در زیر دمای گذار، دوقطبیهای اولبه با هم اندر کنش میکنند و این منجر به یک میدان داخلی میشود که دوقطبی را مرتب میکند. حالت قطبیده مادهی فروالکتریک نسبتا پایدار است و حالتی است که میتواند برای مدت زیادی دوام داشته باشد. این امر ممکن است تا حدی شگفتآور باشد زیرا یک جسم قطبیده تحت تاثیر میدان واقطبیده خود قرار میگیرد و بسته به شکل هندسی جسم، این میدان واقطبنده ممکن است نسبتا بزرگ باشد. برای جسمی که به شکل برهی تخت، و در امتداد عمود بر وجوهش قطبیده شده است، میدان واقطبنده بزرگترین مقدار است. در واقع، پایداری زیاد یک ماده فروالکتریک قطبیده به این سبب است که بر روی آن هیچ میدان واقطبندهای اثر نمیگذارد، حتی در موردی که جسم از لحاظ هندسی به شکل بره باشد. دلیل این امر آن است که برای قطبی کردن جسم، آن را در میان دو صفحهی رسانای موازی قرار میدهند و سپس به این صفحات اختلاف پتانسیل نسبتا زیادی اعمال میکنیم. در این فرآیند بار آزاد صفحهها تا حد زیادی با بار قطبشی سطحی خنثی خواهد شد، درست شبیه به آنچه در اثنای قطبی کردن یک دیالکتریک معمولی رخ میدهد.
حال اگر صفحات موازی با اتصال کوتاه هم پتانسیل شوند، باز هم حالت قطبیدهی فروالکتریک از لحاظ انرژی مناسب است، به طوری که بار آزاد در جای خود باقی خواهد ماند، و باز سبب خنثی کردن بار قطبشی خواهد شد. در این وضع بار آزاد توسط بار قطبشی سطحی در جای خود نگه داشته میشود. میدان ماکروسکوپی در داخل فروالکتریک صفر است، به علاوه میدان الکتریکی خارجی نیز صفر است و مشکل بتوان جسم فروالکتریک قطبیده را از یک جسم دیالکتریک ناقطبیدهی متعارف تمییز داد.
حال اگر یک اختلاف پتانسیل زیاد و با علامت مخالف، میان صفحاتی که بر فروالکتریک قطبیده محیطاند برقرار شود، جسم جهت قطبش خود را تغییر میدهد و بار آزاد با علامت مخالف از مدار خارجی
به طرف صفحات به مقدار کافی جاری میشود، یعنی به مقداری که نه تنها بار آزاد موجود در آنجا، بلکه بار قطبشی جدید را نیز خنثی کند. از این رو برهی فروالکتریکی که میان صفحهی موازی واقع است میتواند به منزلهی عنصر اصلی یک دستگاه حافظه به کار رود. این بره فروالکتریک قادر است یا را در خود حفظ کند، و تا وقتی که میدان الکتریکی خارجی وجودنداشته باشد قطبش پا بر جا خواهد ماند. عدد یا را با اعمال یک اختلاف میان دو سر نمونه میتوان خواند. اگر میدان اعمال شده در جهت قطبش اولیه باشد باری از مدار خارجی عبور نخواهد کرد. اگر میدان در خلاف جهت قطبش اولیه باشد، در ضمن آنکه قطبش در فروالکتریک جهت خود را تغییر میدهد، مقداری بارالکتریکی از مدار خارجی عبور خواهد کرد.
بعضی بلورهای فروالکتریک نقطه کوری ندارند. گرچه قبل از ذوب شدن، هنوز دارای قطبش قابل معکوس شدن فاز پارا الکتریک میباشند و بنابراین فروالکتریک محسوب میشوند]33 [. در غیاب یک میدان الکتریکی، جهت قطبش خودبهخودی در یک بلور فروالکتریک در راستای چندین جهت کریستالوگرافی فاز پاراالکتریک با احتمال مساوی بالا میرود. این نواحی بلوری با قطبش خودبهخودی جهت دار غیر یکنواخت حوزه نامیده میشوند. مرزهایی که مناطق با جهتهای مختلف را جدا میکنند دیوارههای حوزه نامیده میشوند. اورنسکی نشان داد که هندسهی رشد حوزه در KTP بستگی به این موضوع دارد که آیا بلور در حالت دیالکتریک است یا سوپریونیک. در 170 که KTP در حالت دیالکتریک است و یونهای K+ ثابت و بدون تحرک هستند هستههای حوزه درالکترود مثبت شکل میگیرند و بدون هیچ دیوارهی حوزهای که به سمت الکترود گسترده شود، به طرف الکترود زمینه رشد میکنند و در 300 که KTP در حالت سوپریونیک است، جاییکه یونهای K+ تحرک بالایی دارند، هسته ی حوزه میتواند در حجم بلور واقع شوند و شکل حوزهها گستردگیای با انتهای باریکی در الکترود مثبت از حالت زمینه نشان میدهند ] 33[.
به دلیل اینکهKTP متعلق به گروه نقطهای قطبی mm میباشد، محدودههای فروالکتریک در آن میتوانند حاضر شوند که بازده تبدیل غیرخطی را کاهش خواهند داد و ولتاژ سوئیچ الکترواپتیک را افزایش میدهند. KTP در دمای اتاق یک ماده فروالکتریک است ودر دمای ° 2 934 دارای انتقال فاز میباشد.
اپتیک خطی و غیر خطی
پرتوهای نور از جنس امواج الکترومغناطیس با بسامد ارتعاشی خاصی میباشند که وقتی با اتم برهمکنش میکنند، اتم را قطبیده کرده و باعث ایجاد دوقطبیهای لحظهای میشوند که این دو قطبیها در جهت میدان اعمال شده سمتگیری میکنند. تعداد دوقطبیها در واحد حجم را قطبش پذیری الکتریکی مینامند.
وقتی یک موج الکترومغناطیسی در یک محیط اپتیکی پیش میرود میدان الکترومغناطیسی نیرویی قطبیده بر تمام الکترونهای محیط وارد میکند. الکترونهای درونی در بند هسته میباشند و بیشتر قطبش روی الکترونهای بیرونی یا الکترونهای ظرفیتی اعمال میشود. الکترونهای لایه آخر علاوه بر کشش میدان داخلی در معرض میدانهای خارجی نیز میباشند، اما میدان تابشی چشمههای نور معمولی، خیلی ضعیفتر از میدانهایی است که الکترونها را به اتمها مقید کردهاند. همانگونه که در شکل (2-3) مشاهده میشود این میدانها تنها باعث اختلالات خفیفی میشوند و قطبیدگیای را به وجود میآورند که با میدان الکتریکی متناسب است.
در اپتیک خطی، نور روی مولکولهای جسم اثر میکند و باعث ارتعاش خفیف مولکول میشود و همان موج با همان طول موج ساطع میشود. اما اگر میدان تابشی کم و بیش هم اندازه میدانهای اتمی یا حتی بزرگتر از آن باشد، آنگاه رابطه میان قطبیدگی و میدان تابشی دیگر خطی نخواهد بود، این امر موجب برانگیختگی اتمها به ترازهای بالاتر خواهد شد و در هنگام سقوط به ترازهای پایینی انرژیای ساطع خواهند کرد که منجر به ارتعاش در همه بسامدهای مربوطه بین ترازهای انرژی خواهد شد ]34[.

مطلب مرتبط :   تحقیق با موضوع همبستگی و مجموعه

شکل (2-3) قطبش اتم با اعمال میدان الکتریکی