طراحی پالایه شدت نور خود فعال مبتنی بر ترموپلاسمونیک و بلور‌های مایع و شبیه‌سازی آثار گرمایی ناشی از پلاسمون‌های سطحی جایگزیده فلزات مختلف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران

2 استادیار، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

پالایه ­های شدت نور دستة جدیدی از پالایه­های اپتیکی هستند که با استفاده روزافزون از لیزر در حوزه­های مختلف از جمله پزشکی و صنعتی لزوم وجود آن­ها حس می­شود. سازوکار این پالایه­ها بدین گونه است که در صورت افزایش شدت نور از یک آستانة مجاز، فعال شده و مانع از عبور نور شدید و درنتیجه صدمه به ادوات و انسان­ها می­شوند. در این مقاله نوع جدیدی از این پالایه­ها طراحی شده است که بر اساس گرمای ایجاد شده توسط جذب پلاسمونیکی نانوذرات فلزی کار می­کند. این گرما با برهم‌زدن نظم قرارگیری مولکول­های بلور مایع عملکرد آن را تنظیم می­کند. علاوه بر این، از طریق شبیه­سازی طیف جذب نانوذرات مختلف فلزی برای رسیدن به مادة مناسب در هر طول­موج بررسی شده است. میزان افزایش دمای القا شده به سیستم ناشی از جذب نانوذرات شبیه­سازی شده و بر اساس روابط موجود، اطمینان حاصل شده که این افزایش دما می­تواند منجر به چرخش مولکول­های بلور مایع و درنتیجه پالایش نور شدید ورودی شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Design of self-activating light intensity filter based on thermoplasmics and liquid crystals and simulation of thermal effects caused by localized surface plasmons of different metals

نویسندگان [English]

  • Hadi Rahimian 1
  • Mohammad Mohammadimasoudi 2
1 Assistant Professor of Imam Hossein University, Tehran, Iran
2 Assistant Professor ,University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

Light intensity filters are a new class of optical filters that are needed with the increasing use of lasers in various fields, including medicine and industry. The mechanism of these filters is such that if the light intensity increases beyond a permissible threshold, it is activated and prevents the passage of intense light, which cause casualties in devices and humans. In this report, a new type of these filters is designed based on the heat generated by plasmonic absorption of metal nanoparticles and the use of this heat to disrupt the order of liquid crystal molecules. In addition, the absorption spectra of different metal nanoparticles have been simulated to achieve the appropriate material at each wavelength. Also, the increase in temperature induced in the substrate due to the absorption of nanoparticles is simulated and based on the existing equations, it is ensured that this temperature increase can lead to the rotation of liquid crystal molecules and thus filter the intense incoming light.
.

کلیدواژه‌ها [English]

  • FDTD
  • Light intensity filter
  • Liquid crystal
  • Lumerical
  • Thermoplasmonics

Smiley face

مراجع

  1. Peng, Y.-H. Lee, Z. Luo, and S.-T. Wu, "Low voltage blue phase liquid crystal for spatial light modulators," Opt. lett, vol. 40, no. 21, pp. 5097-5100,2015, https://doi.org/10.1364/OL.40.005097
  2. Peng, D. Xu, H. Chen, and S.-T. Wu, "Low voltage polymer network liquid crystal for infrared spatial light modulators," Opt. Express, vol. 23, no. 3, pp. 2361-2368, 2015. https://doi.org/10.1364/OE.23.002361
  3. Wang, "Self-activating liquid crystal devices for smart laser protection," Liq. Cryst, vol. 43, no. 13-15, pp. 2062-2078, 2016. https://doi.org/10.1080/02678292.2016.1196506
  4. Popov, E. K. Mann, and A. Jákli, "Thermotropic liquid crystal films for biosensors and beyond," J. Mat. Chem. B, vol. 5, no. 26, pp. 5061-5078, 2017. https://doi.org/10.1039/C7TB00809K
  5. Khoo, J.-H. Park, and J. Liou, "All-optical switching of continuous wave, microsecond lasers with a dye-doped nematic liquid crystal," App. phys. lett, vol. 90, no. 15, p. 151107, 2007. https://doi.org/10.1063/1.2721361
  6. Khoo, J. Liou, and M. Stinger, "Microseconds–nanoseconds all-optical switching of visible-near infrared (0.5 µm–1.55 µm) lasers with dye-doped nematic liquid crystals," Mol. Cryst. Liq. Cryst, vol. 527, no. 1, pp. 109/[265]-118/[274], 2010. https://doi.org/10.1080/15421406.2010.486708
  7. Khoo, J. Liou, M. Stinger, and S. Zhao, "Ultrafast all-optical switching with transparent and absorptive nematic liquid crystals–Implications in tunable metamaterials," Mol. Cryst. Liq. Cryst, vol. 543, no. 1, pp. 151/[917]-159/[925], 2011. https://doi.org/10.1080/15421406.2011.569456
  8. "Laser Safety Manual." University of California. https://ehs.ucmerced.edu/sites/ehs.ucmerced.edu/files/documents/laser-safety/laser_safety_manual.pdf (accessed.
  9. Hege, O. Muller, and L. Merlat, "Laser protection with optical limiting by combination of polymers with dyes," J. Appl. Polym. Sci, vol. 136, no. 10, p. 47150,2019.  https://doi.org/10.1002/app.47150
  10. M. Sullivan, Electromagnetic simulation using the FDTD method. John Wiley & Sons, 2013.
  11. https://support.lumerical.com/hc/en-us/articles/360043164534-Plasmonics-list-of-examples (accessed.
  12. Mehrzad, F. Habibimoghaddam, E. Mohajerani, and M. Mohammadimasoudi, "Accurate quantification of photothermal heat originating from a plasmonic metasurface," Opt. Lett, vol. 45, no. 8, pp. 2355-2358, 2020. https://doi.org/10.1364/OL.387789
  13. Axelevitch, B. Apter, and G. Golan, "Simulation and experimental investigation of optical transparency in gold island films," Opt. express, vol. 21, no. 4, pp. 4126-4138, 2013. https://doi.org/10.1364/OE.21.004126
  14. O. Sh. Motevasel, M. Seifouri, "Investigation and Numerical Analysis of the Effect of Size, Distance, Position, and Composition of Plasmonic Nanostructures on the Absorption of Perovskite Solar Cells," J. Appl. Electromagn, vol. 8, no. 23, 2020. DOR: 20.1001.1.26455153.1399.8.2.6.8.
  15. Doron-Mor, Z. Barkay, N. Filip-Granit, A. Vaskevich, and I. Rubinstein, "Ultrathin gold island films on silanized glass. Morphology and optical properties," Chem. Mater, vol. 16, no. 18, pp. 3476-3483, 2004. https://doi.org/10.1021/cm049605a
  16. Jirón and E. Castellón, "The experimental average refractive index of liquid crystals and its prediction from the anisotropic indices," PCCP, vol. 24, no. 13, pp. 7788-7796, 2022 https://doi.org/10.1039/D1CP04065K.
  17. Langhammer, M. Schwind, B. Kasemo, and I. Zoric, "Localized surface plasmon resonances in aluminum nanodisks," Nano lett, vol. 8, no. 5, pp. 1461-1471, 2008 https://doi.org/10.1021/nl080453i.
  18. S. Noh, E. H. Cho, H. M. Kim, Y. D. Han, and J. Joo, "Organic solar cells using plasmonics of Ag nanoprisms," Org. Electron, vol. 14, no. 1, pp. 278-285, 2013 https://doi.org/10.1016/j.orgel.2012.10.040 .
الکترومغناطیس کاربردی
دوره 11، شماره 2 - شماره پیاپی 27
شماره پیاپی 27، پاییز و زمستان
مهر 1402
صفحه 79-87

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 11 اردیبهشت 1402
  • تاریخ بازنگری: 17 شهریور 1402
  • تاریخ پذیرش: 06 مهر 1402
  • تاریخ انتشار: 16 آبان 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار