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탄소 나노 콜로이드의 입자 농도에 따른 비선형 광학적 특성
김이새,이재란,김석원 한국물리학회 2016 새물리 Vol.66 No.10
The nonlinear absorption coefficient and the nonlinear refractive index of 0.2 wt% carbon nano colloidal liquids were measured using a double-beam technique. The nonlinear optical coefficients were obtained by using the open- and closed-aperture methods with a $z$-scan technique that moves the sample along the $z$-axis. The Gaussian laser beam used in this experiment was focused with a lens having a focal length of 5 cm. An Nd:YVO$_4$ laser beam ($\lambda$ = 523 nm) with a 64 mW power was used as the pump light source and a He-Ne laser beam ($\lambda$ = 633 nm) with a 4.7 mW power was used as the probe light source. To find the concentration-dependent optical property, we changed the concentration level of the carbon nano colloid from 0.076 M to 0.087 M. The result showed that the linear absorption coefficient increased as the concentration was increased. Therefore, as the concentration increases, the intensity of light at the focal point becomes weak, and the nonlinear absorptance and the nonlinear refractive index decrease. 이중 빔 방법을 사용하여 0.2 wt% 탄소나노 콜로이드 용액의 비선형 흡수율과 비선형 굴절률을 측정하였다. 샘플을 $z$-축 상에서 움직이는 $z$-scan 방법을 통해 열린 개구법과 닫힌 개구법으로 비선형 광학계수들을 구하였다. 이 실험에 사용된 가우시안 빔은 초점거리 5 cm인 렌즈에 의해 집속되었다. 펌프 빔으로는 파장과 출력이 각각 532 nm와 64 mW인 Nd:YVO$_4$ 레이저를 사용하였고, 프로브 빔으로는 출력이 4.7 mW인 He-Ne 레이저 ($\lambda$ = 633 nm)를 사용하였다. 농도변화에 따른 광학적 특성을 알아보기 위해 0.076 M에서 0.087 M까지 농도를 높이며 실험하였다. 실험결과를 통해 선형 흡수 계수는 농도가 증가하면 높아졌으며, 그 결과로 초점에서의 빛 세기가 약해짐을 확인하였고 이로 인해 비선형 흡수율이 감소한다는 것을 알 수 있었다. 비선형 굴절률 또한 농도가 높아지면 감소하였다.
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강동욱,김이새,이재란,김석원 한국물리학회 2017 새물리 Vol.67 No.10
A substance that has the property of continuously rotating the direction of polarization of a linearly polarized incident light beam is called an optically active substance. Even though optically active isomers with the same molecular formula exhibit different optical activities, the characterizations of isomeric materials can be performed using this phenomenon. In this study, several kinds of liquid samples were prepared by dissolving D-glucose and $\alpha$-D-glucose, which can be easily obtained in nature, in secondary distilled water. After the linearly polarized Nd:YVO$_4$ laser beam with a wavelength of 532 nm had passed through the samples, the rotation angle of the polarization of the transmitted light relative to the incident light was obtained by using separate measurements of the intensities of the vertical polarization component ($I_s$) and the horizontal polarization component ($I_p$) of the light transmitted by using a polarizing beam splitter. Also, the Faraday effect was identified by applying a magnetic field. Experimental results show that the specific rotation and the Verde constant increase with increasing concentration of glucose in the sample. 선형 편광 된 빛이 입사 하였을 때, 선형 편광방향을 연속해서 회전시키는 성질을 가진 물질을 광활성 (optical activity) 물질이라고 한다. 분자식이 같은 광활성 이성질체라도 광활성 특성에 차이를 보이며 이를 이용하여 이성질체의 특성을 알아 볼 수 있다. 본 연구에서는 자연에서 쉽게 구할 수 있는 D-글루코스 및 이성질체인 $\alpha$-D-글루코스를 2차 증류수에 용해시켜 여러 가지 농도의 액체시료를 만들고 532 nm 파장을 가진 선형 편광 된 Nd:YVO$_4$ 레이저빔을 통과시킨 후 편광 분리 프리즘을 이용하여 투과광의 수직 편광 성분의 세기($I_s$)와 수평 편광성분($I_p$)의 세기를 따로 측정하여 입사광에 비하여 회전된 투과광의 편광 각도를 구하였다. 또한 자기장을 인가하여 농도에 따른 패러데이효과도 확인하였다. 실험결과 시료의 글루코스 농도가 증가할수록 선광도와 베르데 상수(Verdet constant)가 증가한다는 것을 알 수 있었다.
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