Optik Nonlinier adalah ilmu pengetahuan modern terbaru yang berhubungan dengan fenomena fisika yang terjadi akibat medan yang ditimbulkan oleh laser. Teknologi ini dinamakan teknologi fotonik sebagai pengganti teknologi elektronik untuk memperoleh, menyimpan, menyiapkan, mengirim dan memproses informasi. Konsep komputer optik, proses sinyal optik dan image analisis sedang dikembangkan dengan menggunakan proses optik nonlinier sebagai konversi frekuensi, modulasi cahaya, optical switching, optical logic, penyimpan memori optik, dan optical limiter function. Sifat optik nonlinier suatu bahan diungkapkan melalui hubungan antara polarisasi listrik terinduksi dalam bahan dengan medan listrik cahaya yang melalui bahan tersebut. Sifat optic nonlinier suatu bahan akan nampak jika intensitas cahaya yang melalui bahan cukup tinggi. Sifat nonlinieritas bahan tersebut diungkapkan dengan suseptibilitas non linier (X( n )) dengan n = 2 dan 3 masing-masing untuk suseptibilitas nonlinier orde kedua dan ketiga berturut-turut.
Untuk beberapa aplikasi optik nonlinier, yaitu: second harmonic generation (SHG), image analisis, high density data storage, elektro-optik spatial light modulation dapat direalisasikan dalam waktu dekat. Sedangkan untuk third harmonic generation(THG), all-optical switching, sangat berguna bagi optical informasi prosessing dan aplikasi dalam telekomunikasi di masa depan. Keuntungan terbesar dalam menggunakan all-optical proses adalah penguatan kecepatan yang mencapai subpicosecond.
Aplikasi : Pencitraan Second Harmonic Generation Dengan Penguat kHz
Second harmonic Generation (SHG) adalah proses optik nonlinear yang terjadi ketika dua sinar yang ditembakan pada suatu sampel dengan frekuensi yang sama menghasilkan polarisasi nonlinear dalam sampel. Osilasi polarisasi bertanggung jawab untuk memproduksi cahaya pada harmonik kedua (second harmonic), atau setengah dari panjang gelombang sinar yang ditembakan. Hubungan antara polarisasi dan kuat medan listrik diberikan oleh persamaan Pi(2ω)=χijk(2)Ej(ω)Ek(ω) (P adalah polarisasi, E adalah kuat medan listrik dan χ(2) adalah suseptibiltias orde kedua) yang merupakan tensor yang mencirikan sejauh mana hubungan polarisasi ketika digabungkan dengan medan listrik. Subskrip ijk menyatakan koordinat karetisan xyz. Dibawah aproksimasi dipole listrik dengan mengasumsikan bahwa kontribusi quadropole listrik dan dipole magnetik diabaikan SHG tidak boleh dalam medium centrosymmetric. Aturan seleksi ini dikarenakan fakta bahwa perubahan tanda medan listrik E(ω) yang berhubungan untuk mengubah sampel centrosymmetric dengan sudut 180o, harus menghasilkan polarisasi berlawanan berdasarkan -Pi(2ω) = χijk(2)[-Ej(ω)][-Ek(ω)] = χijk(2)Ej(ω)Ek(ω). Oleh karena itu χ(2) harus bernilai nol dalam medium centrosymmetric dan bisa saja bernilai bukan nol dalam medium noncentrosymmetric. Second harmonic generation merupakan metode optik nonlinear yang memungkinkan untuk studi partikel dalam lingkungan noncentrosymmentric ketika ukuran dan massanya yang dibatasi. Kondisi seperti tersebut merupakan tipikal untuk pemasangan semikonduktor kuantum dot, struktur wurtzite yang merupakan noncentrosymmetric dan dengan demikian dimungkinkannya terjadi SHG. Studi tentang properti optik nonlinear dari sistem koloidal sangat relevan untuk penyimpanan energi, konservasi atau aplikasi produksi. Disini akan dideskripsikan tentang penggunaan sistem amplifier laser kHz untuk pencitraan second harmonic generation. Disini diuji pencitraan dan prosedur latarbelakang-pengurangan (backround-subtraction ) untuk aplikasi kHz dalam kaca tipis gula (sugarcoated) yang kemudian didemonstrasikan kemampuannya untuk studi mikroskopi SHG dari semikonduktor kuantum dot yang mempunyai radius sekitar 1-2 nm.
Gula merupakan material yang ideal untuk mensetting sebuah miksroskop SHG karena sifatnya yang kiral (dapat dipilin), dan SHG mempunyai sensitifitas yang tinggi dalam hal kiralitas. Sensitifitas yang tinggi ini dinyatakan dengan 100-10000 lipat dari efek linear dichroism atau sirkular dichroism ketika dibandingkan dengan perhitungan non-coherent chirality, efek ini didiskusikan dalam berbagai literatur. Sinyal SHG dari gula sangat besar karena kontribusi dari sinyal chiral pada keadaan noncentrosymmetric. Secara umum respon SHG dari jenis chirak dihubungkan dengan elemen tensor χxyz dari tensor suspetibilitas nonlinear χ(2), yang unik disemua jenis pilinan. χxyz secara spesifik merepresentasikan sinyal SHG yang dihasilkan pada arah x karena medan listrik insiden yang diorientasikan pada arah y dan z, dimana bidang xz adalah bidang insiden. Walaupun sum-frequency generation (SFG/ jumlah SG) dari pilinan dapat diobservasi dalam cairan bulk, SHG dilarang dalam medium isotropic chiral, tetapi dimungkinkan pada permukaan dan keadaan noncentrosymmetric. Skala intensitas dari kuadrat jumlah osilasi diberikan dari sampel bulk. Khususnya respon SHG dari material chiral dari material chiral yang kuat ketika eksperimen dibawa dalam keadaan resonansi listrik.
Dengan output 1 W diatas 1mm2, sebuah penguat Ti:sapphire (1 mJ, 120 fsec) memproduksi 8 x 109 W per mm2 per pulsa, ketika peralatan osilator standar (12 nJ, 120 fsec) menghasilkan 1 x 105 W per mm2 per pulsa. Sistem nanosencond (150mJ, 7 nsec) menghasilakn 2 x 107 W per mm2 per pulsa. Diperoleh bahwa skala intensitas sinyal SHG dengan perhitungan pengulangan dan kekuatan pulsa yang diperlukan ketika digunakan dalam studi dengan absorptivitas pada frekuensi second harmonic, seperti semikonduktor kuantum dot. Amplifier digunakan dalam sistem ini untuk menyediakan kekuatan puncak ketika digunakan rata-rata kekuatan yang rendah. Karena SHG proporsional terhadap kekuatan puncak, kita dapat memperoleh sinyal yang tinggi pada kerusakan sampel minimal . Akhirnya, pencitraan dengan penguatan kHz menyediakan energi per pulsa yang cukup untuk mengurangi kebutuhan penggunaan peralatan laser-scanning, yang dimungkinkan untuk pencitraan SHG pada jarak jauh, cepat dan tidak mahal.
Gambar SHG (A) dan respon spektral (B) dari sebuah kaca kuarsa z-cut 1 mm dengan ketebalan 1 mm (C) intensitas SHG dari kuarsa z-cut (bulatan kosong) dan gula dari sebuah kaca mikroskop (bulatan terisi) sebagai fingsi dari translsi z-axis volume penampang (cross-sectional) dua sinar insiden dengan menjaga fokus pada permukaan atas, sebagi indikasi pada (D)
Referensi
Mark D. Peterson et all. 2011. Second harmonic generation imaging with a kHz amplifier. May 2011 / Vol. 1, No. 1 / OPTICAL MATERIALS EXPRESS
*Maaf bahasanya nggak karuan, maklum sebagian google translate hehe
0 comments:
Post a Comment