نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 بخش فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه شیراز، شیراز

2 بخش شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه شیراز، شیراز

چکیده

در این مقاله، گسیل لیزر کاتوره‌ای از محلول‌های کلوئیدی رنگدانه‌ای شامل میکروساختارهای کربن نیترید گرافیتی (g-C3N4) را گزارش می‌دهیم. میکروساختارهای g-C3N4 در محلول رنگدانۀ آلی رودامین B پخش می‌شوند تا بازخورد نوری لازم را از طریق رخدادهای چندپراکندگی نور فراهم کنند. مولکول‌های رودامین B بهرۀ نوری را از طریق فرایند گسیل القایی تحت دمش نوری پر شدت فراهم می‌کنند. به صورت تجربی نشان داده می‌شود که تابش لیزری کاتوره‌ای در محلول کلوئیدی ساخته شده از رنگدانه و میکروساختارهای g-C3N4، پس از یک آستانۀ مشخص، اتفاق می‌افتد. ما رفتار وابسته به دمش سامانة پیشنهاد شده را مطالعه می‌کنیم. از آنجایی که فقط گسیل خود به خودی تقویت شده از محلول شامل رنگ رودامین B بدون میکروساختارهای g-C3N4 به دست می‌آید، بنابراین اثبات می‌شود که وجود میکروساختارهای g-C3N4 نقش کلیدی در مشاهدۀ تابش لیزری کاتوره‌ای دارد. در پایان، غلظت میکروساختارهای g-C3N4 را تغییر داده و مشاهده می‌کنیم که با افزایش غلظت میکروساختارهای g-C3N4، شدت تابشی افزایش و آستانۀ لیزری کاهش پیدا می‌کند. بنابراین اثبات می‌شود که میکروساختارهای g-C3N4 می‌توانند گزینۀ خوبی برای انتخاب محیط پراکنندۀ لیزرهای کاتوره‌ای باشند و بازخورد نوری لازم برای دستیابی به گسیل لیزری کاتوره‌ای توسط چند پراکندگی نور از میکروساختارهای g-C3N4 تأمین می‌شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Random lasing emission from colloidal solutions of graphitic carbon nitride microstructures

نویسندگان [English]

  • A Ghasempour Ardakani 1
  • P Rafieipour 1
  • S F Nami- Ana 2
  • J Tashkhourian 2

1 Department of Physics, School of Science, Shiraz University, Shiraz 71946-84795, Iran

2 Department of Chemistry, College of Science, Shiraz University, Shiraz 71456, Iran

چکیده [English]

In this paper, we report on random lasing emission from colloidal solutions of graphitic carbon nitride (g-C3N4) microstructures. The g-C3N4 microstructures are dispersed in rhodamine B (RhB) dye solution to provide the necessary optical feedback via light multi-scattering events. RhB molecules provide optical gain via stimulated emission process under intense optical pumping. It is experimentally demonstrated that random lasing action occurs in the colloidal solution composed of dye and g-C3N4 microstructures, after a specific threshold. We study the pump dependent behavior of the proposed system. Since only amplified spontaneous emission is achieved from the solution of RhB dye without g-C3N4 microstructures, it is demonstrated that the existence of g-C3N4 microstructures has a key role in the observation of random lasing emission. Finally, we change the concentration of g-C3N4 microstructures and observe that the output intensity increases and the lasing threshold decreases by increasing the concentration of g-C3N4 microstructures. It is then verified that g-C3N4 microstructures can be a good candidate for the scattering medium in random lasers and the essential optical feedback for realizing random lasing emission is provided by light multi-scattering from g-C3N4 microstructures.

کلیدواژه‌ها [English]

  • random laser
  • multiple light scattering
  • graphitic carbon nitride
  1. N M Lawandy, R M Balachandran, A S L.Gomes, and E. Sauvain, Nature 368 (1994) 436.
  2. W L Sha, C H Liu, and R R Alfano, Lett. 19 (1994) 1922.
  3. R M Balachandran, N M Lawandy, and J A Moon, Lett. 22 (1997) 319.
  4. S John and G Pang, Rev. A 54 (1996) 3642 .
  5. D S Wiersma, Nature 4 (2008) 359.
  6. D S Wiersma and A Lagendijk, Rev. E 54 (1996) 4256.
  7. H Cao, Waves Random Media 13 (2003) R1.
  8. M Leonetti, C Conti, and C Lopez, Nature Photon. 5 (2011) 615.
  9. M Leonetti, C Conti, and C Lopez, Rev. A 88 (2013) 043834.
  10. H Cao, Y G Zhao, H C Ong, S T Ho, J Y Dai, J Y Wu, and R P H Chang, Phys. Lett. 73 (1998) 3656.
  11. H Cao, Y G Zhao, S T Ho, E W Seelig, Q H Wang, and R P H Chang, Rev. Lett. 82 (1999) 2278.
  12. H Cao, J Y Xu, D Z Zhang, S H Chang, S T Ho, E W Seeling, X Liu, and R P H Chang, Rev. Lett. 84 (2000) 5584.
  13. H Cao, J Y Xu, S H Chang, and S T Ho, Rev. E 61 (2000) 1985.
  14. G D Dice, S Mujumdar, and A Y Elezzabi, Phys. Lett. 86 (2005) 131105.
  15. B H Hokr, J N Bixler, M T cone, J D Mason, H T Beier, G D Noojin, G I Petrov, L A Golovan, R J Thomas, B A Rockwell, and V V Yakovlev, Comm. 5 (2014) 1.
  16. C J S de Matos, L de S Menezes, A M Brito-Silva, M A Martinez- G´amez, A S L Gomes, and C B de Ara´ujo, Rev. Lett. 99 (2007) 153903.
  17. C Yujie, J Herrnsdorf, B Guilhabert, Y Zhang, I M Watson, E Gu, N Laurand, and M D Dawson, Exp. 19 (2011) 2996.
  18. X Ma, P Chen, D Li, Y Zhang, and D Yang, Phys. Lett. 91 (2007) 251109.
  19. Q Song, S Xiao, X Zhou, L Liu, L Xu, Y Wu, and Z Wang, Lett. 32 (2007) 373.
  20. F Luan, B Gu, A S L Gomes, K Yong, S Wen, and P N Prasad, Nano Today 10 (2015) 168.
  21. R Godin, Y Wang, M A Zwijnenburg, J Tang, and J R Durrant, Am. Chem. Soc. 139 (2017) 5216.
  22. S A Shevlin and Z X Guo, Mater. 28 (2016) 7250.
  23. Y Zhang and M. Antonietti, Asian J. 5 (2010) 1307.
  24. C Ye, J X Li, Z J Li, X B Li, X B Fan, L P Zhang, B Chen, C H Tung, and L Z Wu, ACS catalysis 5 (2015) 6973.
  25. Y Zhang, Q Pan, G Chai, M Liang, G Dong, Q Zhang, and J Qiu, Scientific reports 3 (2013) 1943.
  26. J Xu, M Shalom, F Piersimoni, M Antonietti, D Neher, and T J K Brenner, Optical Mater. 3 (2015) 1.
  27. Z Gan, Y Shan, J Chen, Q Gui, Q Zhang, S Nie, and X Wu, Nano Res. 9 (2016) 1801.
  28. A B Jorge, D J Martin, M T S Dhanoa, A S Rahman, N Makwana, J Tang, A Sella, F Corà, S Firth, J A Darr, and P F McMillan, Phys. Chem. C 117 (2013) 7178.
  29. H Zhang and A Yu, Phys. Chem. C 118 (2014) 11628.
  30. X Wang, K Maeda, A Thomas, K Takanabe, G Xin, J M Carlsson, K Domen, and M Antoietti, Nature Mater. 8 (2009) 76.
  31. X Zhang, X Xie, H Wang, J Zhang, B Pan, and Y. Xie, Am. Chem. Soc. 135 (2012) 18.
  32. J Tian, Q Liu, A M Asiri, A O Al-Youbi, and X. Sun, Chem. 85 (2013) 5595.
  33. D P Wang, Y Tang, and W D Zhang, Microchim Acta 180 (2013) 1303.
  34. Y Zhang, T Mori, L Niu, and J Ye, Energy Environ. Sci. 4 (2011) 4517.
  35. H Montigaud, B Tanguy, G Demazeau, I Alves, M Birot, and J. Dunogues, Diamond and related materials 8 (1999) 1707.
  36. F Goettmann, A Fischer, M Antonietti, and A Thomas, Commun. 43 (2006) 4530.
  37. J Tashkhourian, S F Nami-Ana, and M Shamsipur, Chim. Acta 1034 (2018) 63.
  38. W Iqbal, B Yang, X Zhao, M Rauf, M Waqas, Y Gong, J Zhang, and Y Mao, Sci. Technol. 8 (2018) 4576.
  39. L Shi, L Liang, F Wang, J Ma, and J. Sun, Sci. Technol. 4 (2014) 3235.
  40. L Yang, G Feng, J Yi, K Yao, G Deng, and S Zhou, Appl. Opt. 50 (2011) 1816.
  41. F Shuzhen, Z Xingyu, W Qingpu, Z Chen, W Zhengping, and L Ruijun, J. Phys. D: Appl. Phys 42 (2009) 015105.
  42. K Totsuka, M A I Talukder, M Matsumoto, and M Tomita, Phys. Rev. B 59 (1999) 50.
  43. L Sznitko, J Mysliwiec, K Parafiniuk, A Szukalski, K Palewska, S Bartkiewicz, and A Miniewicz, Chem. Phys. Lett. 512 (2011) 247.
  44. D Zhang and D Ma, Appl. Opt. 46 (2007) 2996.
  45.