Laboratorium Zimnych Atomów przy Powierzchni

Start badania nanowłókna
Eksperyment z nanowłóknami

W eksperymencie tym dokonano pomiaru stanu polaryzacji fali zanikającej używając nanowłókien organicznych.

Ideą eksperymentu jest pomiar fluorescencji (maks. 430 nm) domeny równolegle ułożonych nanowłókien organicznych (p-6p) podczas jej obrotu o kąt 2π i wzbudzaniu światłem ultrafioletowym 325 nm fali zanikającej (rys. 1). Mechanizm wzrostu włókien w ściśle określonych warunkach sprawia, że są one ułożone równoległe w stosunku do siebie oraz wszystkie są niemal jednakowej wysokości.

Podczas obrotu próbki obserwujemy maksima odpowiadające superpozycji wektora elektrycznego fali zanikającej i molekularnego momentu dipolowego (rys. 2). Rozważamy serie pomiarów dla polaryzacji TM i TE fali zanikającej, przy tym samym natężeniu światła (około 500 mW/cm2) oraz dla różnych kątów padania zarówno powyżej jak i poniżej kąta granicznego. Do każdego pomiaru została dopasowana funkcja sinus kwadrat, a jej amplituda jest interpretowana jako wielkość proporcjonalna do odpowiedniej średniej składowej wektora elektrycznego fali zanikającej.

Dla uzyskania wzbudzeń falą zanikającą użyliśmy kwarcowej czaszy oraz próbek umieszczonych na krysztale miki w dwóch konfiguracjach: 2- fazowej (mika, powietrze) i 3- fazowej (kwarc, powietrze, mika):


Kwarcowa czasza z nanoigłami w konfiguracji 3-fazowej (kwarc, powietrze, mika)

Układ eksperymentalny w konfiguracji 2-fazowej (mika-powietrze)

Rys. 1 MO – obiektyw mikroskopowy, F – filtr, L – soczewka, PMT – fotopowielacz, PH – pinhola, P – polaryzator, HWP – płytka półfalowa. Górny obrazek pokazuje w powiększeniu czaszę kwarcową w układzie 3-fazowym (kwarc, powietrze, mika). Dolny obrazek to szkic układu eksperymentalnego w wersji 2-fazowej (mika, powietrze).

Natężenie sygnału fluorescencji w funkcji kąta obrotu czaszy z nanoigłami

Rys. 2. Natężenie sygnału fluorescencji domeny nanowłókien przy obrocie czaszy kwarcowej o 360 stopni.

Doświadczalne i teoretyczne wyniki dla konfiguracji 2- faz (mika, powietrze) są przedstawione na  Rys. 3. Widoczna jest bardzo dobra zgodność wyników doświadczalnych z krzywą teoretyczną po przemnożeniu przez czynnik 5.


Stosunki Ex do Ey dla różnych kątów padania wiązki 325 nm

Stosunki Ex do Ez dla różnych kątów padania wiązki 325 nm

Rys. 3. Stosunki składowych x i y oraz x i z pola fali zanikającej zmierzone i obliczone dla różnych kątów padania wiązki laserowej 325 nm dla konfiguracji 2-fazowej.


Wyniki dla konfiguracji 3-faz kwarc-powietrze-mika (Rys. 4):

Stosunki Ex do Ey dla różnych kątów padania wiązki 325 nm dla 3 faz

Rys. 4. Stosunek składowych x i y pola fali zanikającej zmierzone i obliczone dla różnych kątów padania wiązki laserowej 325 nm dla konfiguracji 3-fazowej.

Więcej informacji można znaleźć w artykule:

L. Józefowski, J. Fiutowski, T. Kawalec, H.-G. Rubahn, Direct measurement of the evanescent-wave polarization state, J. Opt. Soc. Am. B 24, 624 (2007)