Исследование свойств нанокомпозитных сред на сегодняшний день представляет собой обширную задачу, возникшую перед современной физикой. Среди таких сред особо стоит отметить композитные, которые способны флуоресцировать. Подобным активным веществам сегодня уделяется немало внимания, так как внедрение наночастиц в активную среду приводит к существенному увеличению в них оптических процессов, в том числе и к стохастической лазерной генерации, именуемой в литературе как random lasing [1, 2]. Физической причиной развития лазерной генерации в рассеивающих средах с лазерно-активными молекулами (random lasing) является формирование положительной обратной связи в таких композитных средах за счет многократного рассеяния вынужденного вторичного излучения в возбужденной диффузно-рассеивающей усиливающей среде [3, 4]. Cуществует большое количество работ, которые формируют представление об эффектах, усиливающих стохастическую генерацию, таких как плазмонно-резонансные поля и нерезонансные оптические поля повышенной плотности мощности. Однако данные эффекты не изучены должным образом, и поэтому исследование их влияния на картину генерации на сегодня остается вопросом открытым.
Цель данной работы – экспериментальное сравнение величин порогов безрезонаторной генерации в коллоидных этанольных растворах с красителем Р6Ж при добавлении плазмонно-резонансных наночастиц Au и неплазмонно-резонансных наночастиц Pt и ZnO.
Коллоидные растворы Au, Pt и ZnO были получены методом лазерной абляции в этиловом спирте. Размеры используемых наночастиц определялись с помощью электронной микроскопии. Среднее значение диаметра наночастиц обоих материалов составляет 10 нм.
Для возбуждения активной среды использовалось излучение второй гармоники (длина волны λ = 532 нм) Nd3+:YAG-лазера LOTIS-TII. С помощью линзы излучение фокусировалось так, чтобы диаметр лазерного пучка накачки в активной среде составлял 2 мм. Плавная регулировка мощности накачки осуществлялась с помощью призмы Глана-Томпсона. Приемником излучения являлся спектрометр AVASPEC ULS2048L-USB2.
На рисунке приведены спектры ослабления коллоидных растворов (рисунок 1), полученные на спектрофотометре Shimadzu UV-3600.
Рисунок 1. Нормированные спектры ослабления коллоидных растворов с наночастицами Au (1), Pt (2), ZnO (3)
Видно, что ярко выраженным плазмонным резонансом на длине волны 532 нм обладают только наночастицы Au, а наночастицы Pt и ZnO на длинах волн 532 нм и 560 нм (максимум спектра люминесценции раствора Р6Ж) спектральных особенностей не имеют.
По результатам измерений величин порогов генерации была получена зависимость пороговой плотности мощности накачки от объемной доли наночастиц (рисунок 2).
Рисунок 2. Зависимость пороговой плотности мощности накачки от объемной доли наночастиц в активном растворе: 1– Pt; 2 – Au; 3 – ZnO
Суперлюминесценция слоя толщиной 20 мкм раствора красителя Р6Ж без наночастиц наблюдается при плотностях мощности накачки порядка 108 Вт/см2. Важно отметить, что порог генерации в случае добавления в активную среду наночастиц понижается на два порядка. Полученные результаты экспериментального сравнения значений порогов лазерной генерации в тонком слое красителя Р6Ж при добавлении неплазмонно-резонансных наночастиц Pt, ZnO и плазмонно-резонансных наночастиц Au при накачке на длине волны 532 нм говорят о том, что для использованных наночастиц роль плазмонного резонанса в эффекте понижения порогов безрезонансной лазерной генерации незначительна.
Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России (задание №2014/223, код проекта: 1347).
Список литературы:
- Летохов В.С. Генерация света рассеивающей средой с отрицательным резонансным поглощением // ЖЭТФ. – 1967. – Т. 53, В. 4. – С. 1442–1452.
- Маркушев В.М., Золин В.Ф., Брискина Ч.М. Порошковый лазер // ЖПС. – 1986. – Т. 45. – С.847–850.
- L. Sha, C.-H. Liu, and R. R. Alfano Spectral and temporal measurements of laser action of Rhodamine 640 dye in strongly scattering media // Optics Letters. – 1994. – V. 19, №. 23. – P. 1922–1924.
- Noginov M.A., Caufield H.J., Noginova N.E., and Venkateswarlu P. Line narrowing in the dye solution with scattering centers // Opt. Commun. – 1995. – V. 118. – Р. 430-437.[schema type=»book» name=»ПОРОГИ БЕЗРЕЗОНАТОРНОЙ ЛАЗЕРНОЙ ГЕНЕРАЦИИ В РАСТВОРЕ КРАСИТЕЛЯ Р6Ж С НАНОЧАСТИЦАМИ Au, Pt и ZnO» description=»Представлены результаты измерений величин пороговых плотностей мощности безрезонаторной лазерной генерации в тонких слоях коллоидных растворах родамина 6Ж с одиночными плазмонно-резонансными наночастицами Au и неплазмонно-резонансными наночастицами Pt и ZnO. Показано, что величины порогов при использовании наночастиц Au и Pt примерно одинаковы при одних и тоже концентрациях.» author=»Харенков Владимир Александрович, Землянов Алексей Анатольевич, Трифонова Алина Витальевна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2016-12-21″ edition=»euroasian-science.ru_25-26.03.2016_3(24)» ebook=»yes» ]