Termālā un koncentrācijas mikrorežģa inducēšana magnētiskajā koloīdā un tā optiskā pētīšana

Abstract

Darbā tiek optiski pētīts ar lāzera staru inducēts koloidālu nanodaļiņu koncentrācijas režģis. Kā jaudas lāzers tiek izmantots YAG lāzers ar viļņa garumu  = 532 nm, un kā attēla nolasīšanas - He-Ne lāzers ar viļņa garumu  = 633 nm. 10 m un 100 m biezā ķivetē tiek iepildīts koloīds, kura daļiņas ir feromagnētiskas (magnētiskais koloīds), un kurā ar jaudas lāzeri inducē viendimensionālu sinusoidālu temperatūras režģi, kura periods ir 50... 100 m. Pateicoties stipram Sorē efektam, temperatūras režģis paraugā savukārt inducē daļiņu koncentrācijas režģi. Inducētais režģis darbojas kā fāzes režģis nevis absorbcijas, kas izmaina caurejošā nolasīšanas stara fāzi par mazāk kā desmito daļu no pilna perioda 2. Tāpēc inducēto režģi nav iespējams novērot interferences līniju interpretācijā. Režģa novērošanai tiek pielietots reālā (hologrāfiskā) attēla veidošanās efekts telpas apgabalā uzreiz aiz parauga, kur difraktētie stari krusto taisni caurejošo (nulltās difrakcijas kārtas) staru, savstarpēji interferējot un veidojot režģa attēlu. Režģa attēls tiek projicēts uz ekrāna, no kura veic ierakstu ar video kameru. Izmantojot stara dalītāju, uz tā paša ekrāna iespējams projicēt arī brīvi izvēlētas kārtas difrakcijas punktu, un filmēt vienlaicīgi gan režģi, gan difrakcijas punkta intensitāti (lielumu un spilgtumu). Par cik paraugs ir magnētiskais koloīds, sevišķu interesi rada ārējā magnētiskā lauka iedarbība uz inducēto režģi. Izveidotā iekārta atļauj uzlikt ārējo magnētisko lauku gan paralēli, gan perpendikulāri paraugā inducētajam temperatūras gradientam. Režģa izturēšanās šajos gadījumos ir pilnīgi atšķirīga.

In the present work a concentration grating of colloidal nanoparticles, induced by means of a powerful laser beam, has been studied. Induced temperature grating has one-dimensional sinusoidal profile with a spatial period of 50...100 m, in 10 m and 100 m thick sample cells. Due to the Soret effect, the temperature grating in the sample induces the particle concentration grating. Induced grating must be taken as an index grating because it modulates the amplitude of transmitted low power read laser beam much less than its phase. Because of low temperature and concentration modulations in the grating, the phase shift turns out to be very small – even less than a tenth of a period 2. It means, the grating can not be seen as interference fringes. Only a holographic image of low contrast can be obtained. Instead of building the Mach-Zehnder interferometer, which is difficult to adjust, the grating image is observed in a spatial area right after the sample, where it is created by interference of zero and first order of diffracted probe beams. The image of the grating is projected onto the screen. Using a beam splitter, it is possible to project the first order diffracted spot on the same screen. Both, the grating image and the diffracted spot, are video recorded simultaneously. Using magnetic fluids as colloidal samples, a particular interest is paid to the influence of external magnetic field on the induced grating. Built-up experimental setup allows both orientations of magnetic field with respect to induced one-dimensional grating. The behavior of the grating in these two cases is completely different.